什么是变送器的二线制和四线制信号传输方式

今天仪控君与大家讨论的两线制、三线制、四线制,就是指各种输出为模拟直流电流信号的变送器,其工作原理与结构上的区别,而并非只指变送器的接线形式。

首先,我们先瞧一下它们的定义两线制:两根线及传输电源又传输信号,也就就是传感器输出的负载与电源就是串联在一起的,电源就是从外部引入的,与负载串联在一起来驱动负载。

三线制:三线制传感器就就是电源正端与信号输出的正端分离,但它们共用一个COM端。

四线制:电源两根线,信号两根线。

电源与信号就是分开工作的。

几线制的称谓,就是在两线制变送器诞生后才有的。

这就是电子放大器在仪表中广泛应用的结果,放大的本质就就是一种能量转换过程,这就离不开供电。

因此最先出现的就是四线制的变送器;即两根线负责电源的供应,另外两根线负责输出被转换放大的信号(如电压、电流、等)。

但目前,很多变送器采用二线制。

下面,我们就来具体瞧瞧不同线制变送器的差异有哪些？不同线制变送器的差异一、两线制要实现两线制变送器,必须要同时满足以下条件:1、V≤Emin-ImaxRLmax变送器的输出端电压V等于规定的最低电源电压减去电流在负载电阻与传输导线电阻上的压降。

2、I≤Imin变送器的正常工作电流I必须小于或等于变送器的输出电流。

3、P＜Imin(Emin-IminRLmax)变送器的最小消耗功率P不能超过上式,通常＜90mW。

式中:Emin=最低电源电压,对多数仪表而言Emin=24(1-5%)=22、8V,5%为24V电源允许的负向变化量;Imax=20mA;Imin=4mA;RLmax=250Ω+传输导线电阻。

如果变送器在设计上满足了上述的三个条件,就可实现两线制传输。

所谓两线制即电源、负载串联在一起,有一公共点,而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线,这两根电线既就是电源线又就是信号线。

两线制变送器由于信号起点电流为4mA DC,为变送器提供了静态工作电流,同时仪表电气零点为4mA DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电与断线等故障。

关于模拟变送器信号形式的疑问解答什么是变送器的二线制和四线制信号传输方式？二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。

一．什么是两线制电流变送器? 什么是两线制? 两线制有什么优点?两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。

两线制与三线制(一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND)和四线制(两根正负电源线，两根信号线,其中一根GND)相比，两线制的优点是：1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用；2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。

3、电容性干扰会导致接收器电阻产生误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1～5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。

6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。

三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。

变送器的二线制，三线制，四线制在我们的日常生活和工作中，需要对各种信号进行测量比如电压、电流、温度┅┅等。

由于测量的信号是各种各样、千变万化要对这些繁多的信号进行直接的测量是不可能的，要进行测量该怎么办呢？通常的做法是：首先对于不同的信号通过不同的转换装置把它转换成标准的直流信号，标准的直流信号与测量信号成线性的比例关系，我们把这一标准直流信号称为模拟信号。

也就是变送器的输出信号，它通常是4~20mA、┅┅0~10V等。

只要对不同变送器输出的模拟信号进行测量，就可以知道不同测量信号的值。

我们把这种能够把不同信号变成标准模拟信号的转换装置称为变送器，它主要分为两大类：变换测量信号是电信号的叫电量变送器，另一类统称为非电量变送器。

变送器有输入、输出还要有工作电源也称辅助电源，对于输出和辅助电源接出、接入需要用二对四根导线，能不能保证正常运行的情况下少用一点导线呢，很多情况下是可以实现的，现分别介绍如下：二线制：变送器的输出在4～20毫安时变速器通常可以设计成输出和辅助电源共用一对线。

由于输出和辅助电源使用了两根线我们把这种输出的变送器叫住二线制变送器，变送器输出与辅助电源接线见图1。

对于二线制变送器在输入从0到满度变化的时候，流过电阻R电流是4～20毫安，由于电阻式串在电源的回路中，我们可以这样来认为：当变送器输入从0到满度变化的时候辅助电源的电流是4～20mA变化。

由于变送器对于内部的电路要消耗电源在二线制电路中该指标不得大于4mA，另外变送器的辅助电源必须是直流，否则变送器就无法保证4～20mA的正常输出。

三线制：在现实中有些变送器的变换电路比较复杂其电源的消耗往往会大于4毫安，辅助电源也会有交流供电的情况，有些输出要求从0开始如0~10V等，二线制变送器无法实现，这样就有了三线制输出的变送器，变送器的输出、电源用三根线，它们分别是电源，输出、地也就是变送器输出和电源共地，接线见图2。

四线制：上面的两种变送器辅助电源和变送器输出没有隔离，辅助电源供电过高的时候比如220伏是无法实现二线制；三线制传输的，是就只能回到刚开始的传输方式：辅助爹也用于对一些都好辅助电源用一对线，变送器输出用一对线它们之间是隔离的。

图解压力变送器两线制、三线制、四线制接线方式两线制、三线制、四线制压力变送器接线方式首先，我们先看一下它们的定义两线制：两根线及传输电源又传输信号，也就是传感器输出的负载和电源是串联在一起的，电源是从外部引入的，和负载串联在一起来驱动负载。

三线制：三线制传感器就是电源正端和信号输出的正端分离，但它们共用一个COM端。

四线制：电源两根线，信号两根线。

电源和信号是分开工作的。

几线制的称谓，是在两线制变送器诞生后才有的。

这是电子放大器在仪表中广泛应用的结果，放大的本质就是一种能量转换过程，这就离不开供电。

因此先出现的是四线制的变送器；即两根线负责电源的供应，另外两根线负责输出被转换放大的信号（如电压、电流、等）。

但目前，很多变送器采用二线制。

下面，我们就来具体看看不同线制变送器的差异有哪些？不同线制变送器的差异一、两线制要实现两线制变送器，必须要同时满足以下条件：1. V≤Emin-ImaxRLmax变送器的输出端电压V等于规定的低电源电压减去电流在负载电阻和传输导线电阻上的压降。

2. I≤Imin变送器的正常工作电流I必须小于或等于变送器的输出电流。

3. P＜Imin(Emin-IminRLmax)变送器的小消耗功率P不能超过上式，通常＜90mW。

式中：Emin=低电源电压，对多数仪表而言Emin=24(1-5%)=22.8V，5%为24V电源允许的负向变化量；Imax=20mA；Imin=4mA；RLmax=250Ω+传输导线电阻。

如果压力变送器在设计上满足了上述的三个条件，就可实现两线制传输。

所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。

两线制变送器由于信号起点电流为4mA DC，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。

而且两线制还便于使用安全栅，利于安全防爆。

四、名词解释1、执行器按动力源可分为哪三类？答：气动执行器，电动执行器，液动执行器2、压缩机的防喘振阀门执行机构的作用形式？为什么？答：气关式，在阀门事故状态时在全开的位置，防止机组发生喘振。

3、加热炉燃料气阀门执行机构的作用形式？为什么？答：气开式，在阀门事故状态时在全关的位置，切断进入加热炉的燃料气，防止发生爆炸危险。

4、调节阀的结构一般由哪两部分组成？答：调节阀一般由阀体部件与执行机构两大部分组成。

5、控制系统的各类模块中，PS、CPU、AI、AO、DI、DO分别指的是哪些类型的模块？答：PS－电源模块，CPU－中央处理器模块，AI－模拟量输入模块，AO－模拟量输出模块，DI－数字量输入模块，DO－数字量输出模块。

6、PLC由哪几个部分组成？答：PLC的基本组成部分有：电源模块、CPU模块、I/O模块、编程器、编程软件工具包等，根据不同类型的系统，一般还会有安装机架（底板）、通讯模板、智能模板、接口模板等。

7、分析表的检修标准？答：1）指示波动，检查样气压力2）指示不准确，重新标定，标定方法：投入零点气，待指示稳定时标定零点投入量程气，待指示稳定时标定量程8、雷达液位计的检修标准？答：1）液位波动：被测液位波动，天线上有凝结物2）液位与实际不符：参数设置不对，电子模块失效9、差压流量计的检修标准？答：1）流量指示波动：检查正负侧引压管及接头处是否有泄漏。

2）流量读数比实际值偏低：检查引压管正压侧是堵塞。

检查变送器零点是否漂移。

3）流量读数比实际偏高：检查负压侧引压管是否堵塞，检查变送器零点是否漂移。

10、什么是偶然误差?什么是粗差?产生的原因及特点?答：偶然误差又称随机误差，它的出现是随机的。

产生的原因是复杂的，是许多因素变化的共同作用所致。

粗差也叫疏忽误差，产生的原因是观察者的失误或外界的偶尔干扰。

其主要特点是无规律可循，并与事实不符．11、什么叫基本误差和附加误差?答：仪表的基本误差是指仪表在规定的参比条件下的最大误差，一般仪表的基本误差也叫仪表的允许误差．附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另产生的误差．12、校验仪表的回差时，有的人把输入值固定，读上下行程的两个相应输出值，也有的人把输出值固定，读上下行程的两个相应输入值，请问哪一种方法正确?答：按照回差的定义，回差是当输入量上升和下降时，同一输入的两个相应输出值间的最大差值，并按输出量的百分数表示，所以应是第一种人的方法正确．13、怎样投用刚安装在现场的一块压力表?答：应先关闭排污阀，然后缓慢打开根部阀，以免造成仪表受冲击而损坏，根部阀全开后要倒回半圈．14、测量蒸汽压力时，压力表的安装有何特殊要求?答：测量蒸汽压力时，压力表下端应装有环形管，由蒸汽冷凝液传递压力，避免高温的蒸汽直接进入表内损坏仪表．15、阀门定位器的作用？答：阀门定位器的作用主要有：①改善调节阀的静态特性，提高阀门位置的线性度；②改善调节阀的动态特性，减少调节信号的传递滞后；③改变调节阀的流量特性；④改变调节阀对信号压力的响应范围，实现分程控制；⑤使阀门动作反向．16、大气压一般为绝压100kPa，为何这么大的压力未把人体压扁?答：因为人体内有许多空间，这些空间与大气相通，相当于人体内也承受着大气压力，这样体内所受压力往外压，而体外所受压力往里压，两者大小相等，方向相反，正好抵消，相当于人体表所受表压为零，所以人体始终不会被压扁．17、表压力一定比绝对压力大吗，为什么?答：不一定。

自动化部仪表工岗位资格考试应会部分复习题（初级）1、PLC对接地系统的要求是什么？连接模拟信号地时应注意什么？答案：PLC控制系统对接地的一般要求是：(1)系统接地必须良好，接地电阻应小于4Ω；(2)接地线必须有足够大的线径，应使用截面积为2.5mm2以上的黄/绿线与系统保护接地线连接；(3)系统中的其他控制装置的接地必须同样规范，并独立接地；(4)系统中的各类屏蔽电缆的屏蔽层、金属软管、走线槽(管)、分线盒等必须接地良好。

模拟信号地是指系统中各类模拟量的0V端，模拟量通常采用“差动输出/输入”，各信号间的0V各自独立，因此，模拟信号地一般不允许进行相互间的连接，也不允许与系统的PE线进行连接。

2、选择执行机构和调节阀的依据是什么？答案：(1)根据工艺条件，选择合适的调节阀结构形式和材质。

(2)根据工艺对象的特点，选择合适的流量特性。

(3)根据工艺操作参数，选择合理的阀门尺寸。

(4)根据阀杆受力的大小，选择足够推力的执行机构。

(5)根据工艺过程的要求，选择合适的辅助装置。

3、压力表的安装中对道压管的敷设有何要求？答案：(1)道压管的长短、粗细选择合适，一般内径6～10mm，长度3～50m。

(2)水平安装的引压管应保持1∶10～1∶20的倾斜度。

(3)当被测介质易冷凝或冻结时应加保温伴热管。

(4)测量液体压力，在引压管的最高处装设集气器；测量气体压力在引压管的最低处装设气液分离器；测量介质可能产生沉淀物析出应在仪表前装沉降器。

4、采用SIEMENS S7 400 PLC，若监控主机通过以太网与PLC 的通讯模块连接，现某一压力变送器通过两线制与配电器相连，配电器输出4-20 mA ，通过模拟量模板输入通道进入PLC，若画面显示压力突然显示为0，其它温度流量等信号正常，请判断是否为以太网通讯出现问题？答案：因为其它显示正常，说明不是以太网通讯出现异常。

若以太网出现问题，将造成所有参数显示不正常。

5、某测温仪表的测量范围为0-500℃，输出信号为4-20 mA DC,欲将该仪表用于测量200-1000℃的某信号，试问应作如何调整？答案：先将仪表的量程从0-500℃调整到0-800℃，并使其输入在0℃时的输出为4 mA，输入在800℃时的输出为20 mA。

自动化仪表试题一、填空题二、选择题1、工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。

A、动压B、全压C静压D绝压2、在管道上安装孔板时，如果将方向装反将会造成（）。

A差压计倒指示B差压计指示变小C差压计指示变大D对差压计指示无影响3、用分度号为K的热电偶和与其匹配的补偿导线测量温度，但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表指示为（）。

A偏大B偏小C不变D可能大也可能小4、用电子电位差计测热电偶温度，如果热端温度升高20℃，室温冷端下降20℃则仪表的指示（）A升高20℃B下降20℃C不变5、现有一台精度等级为0.5级的测量仪表，量程为0－10000℃，在正常情况下进行校验，最大绝对误差为60℃，求该仪表的最大引用误差为（）。

A、0.6%B、0.6C、±0.5%6、现有两台压力变送器第一台为1级0－600KPa，第二台为1级250－500KPa，测量变化范围320－360KPa的的压力，那台测量准确度高。

（）A、第一台准确度高B、第二台准确度高C、两者结果一样7、用于测量流通量的导压管线，阀门组回路中，当正压侧阀门或导压管泄露时，仪表示值将（）。

A、降低B、升高C、不变8、同上题中若负压侧阀门或导压管泄露时，仪表示值将（）。

A、降低B、升高C、不变9、某压力变送器的测量原0－100KPa，现零点迁移100%，则仪表的测量范围为（）。

A、0－100KPaB、50－100KPaC、－50－＋50KPaD、100－200KPa10、在热电偶温度计中，R100表示为（）A、1000℃时的电阻值B、阻值R＝100欧C、热电阻的长度为10011、100℃时，下列那种分度号的热电偶那种毫伏值最大（）。

A、KB、SC、E12、测量压力在40KPa以上时，宜选用压力为（）A、弹簧压力表B、膜盒压力表C、任意选用13、在孔板和文丘利管两种节流装置中，若差压相同，则两者的压力损失（）。

A、孔板大B、文丘利管大C、一样。

什么是变送器的二线制和四线制信号传输方式二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。

......请看变送器八问八答。

一．什么是两线制电流变送器?什么是两线制?两线制有什么优点?两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。

两线制与三线制(一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND 和四线制(两根正负电源线，两根信号线,其中一根GND相比，两线制的优点是：1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用；2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。

3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1～5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。

6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。

三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。

仪表的n线制在谈论一些仪表时，我们经常会听到2线制，3线制以及4线制，本文从我们经常接触的测温组件---热电偶及热电阻来介绍所谓的几线制。

1.热电偶炉区加热均热段温度测量均采用热电偶测量。

常见热电偶有以下几种：S型热电偶（伯铑10-伯热电偶），R型热电偶（伯铑13-伯热电偶），B型热电偶（伯铑30-伯铑6 热电偶），K型热电偶（银铭-银硅热电偶），N型热电偶（银铭硅-银硅热电偶），E型热电偶（镍铭-铜镍热电偶），J型热电偶（铁-铜镍热电偶），T型热电偶（铜-铜镍热电偶）。

CAL所采用的均是K型热电偶，K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中，广泛为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中，其使用温度为-200〜1300℃。

接线方式区别于热电阻，热电偶只有2线制接法，但是热电偶会使用补偿导线做连接，为什么会用到补偿导线呢？具体原理在此不做介绍，大致是由于在工业温度测量中，热电偶使用的位置总是距控制仪表有一定距离，因此从热电偶的输出端到测量输入端，在增加的连接线不让其产生附加电动势，需使用补偿导线连接。

不同类型的热电偶需使用不同的补偿导线，CAL使用的是K型热电偶，对应的补偿导线采用的是ZR-KX-GFFRP o现场连接如下:XFO2速接至PLC的AI模现祷僭醇^速至RIO檀端子排2.热电阻热电阻是利用金属导体或半导体有温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分（感温组件）是用细金属丝均匀地绕在绝缘材料作成的骨架上或通过激光溅射工艺在基片形成。

当被测介质有温度梯度时，则所测得的温度是感温组件所在范围内介质层的平均温度。

区别于热电偶，热电偶工作原理是基于赛贝克效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。