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          兩線製、三線製和四線製熱電阻接線原理

          發布時間:2021-08-26人氣:600

            早期的變送器大多為電壓輸出型,即將測量信號轉換為0-5V電壓輸出,這是運放直接輸出,信號功率<0.05W,通過模擬/數字轉換電路轉換數字信號供單片機讀取、控製。但在信號需要遠距離傳輸或使用環境中電網幹擾較大的場合,電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限製,暴露了抗幹擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點,而兩線製電流輸出型變送器以其具有極高的抗幹擾能力得到了廣泛應用,當然隨著當今科技的發展,電壓輸出型信號在抗幹擾方麵也做了很大的提升。

            二線製:在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線製:這種引線方法很簡單,但由於連接導線必然存在引線電阻r,r大小與導線的材質和長度的因素有關,因此這種引線方式隻適用於測量精度較低的場合;

            三線製:在熱電阻的根部的一端連接一根引線,另一端連接兩根引線的方式稱為三線製,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的消除引線電阻的影響,是工業過程控製中的最常用的;

            四線製:在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線製,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響,主要用於高精度的溫度檢測。

            熱電阻采用三線製接法。采用三線製是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻,其連接導線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分,這一部分電阻是未知的且隨環境溫度變化,造成測量誤差。采用三線製,將導線一根接到電橋的電源端,其餘兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。

            兩線製介紹及其優點

            兩線製是指現場變送器與控製室儀表聯係僅用兩根導線,這兩根線既是電源線,又是信號線。兩線製與三線製(一根正電源線,兩根信號線,其中一根共GND) 和四線製(兩根正負電源線,兩根信號線,其中一根共GND)相比,測量精度較低。熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控製裝置或者其它一次儀表上。工業用熱電阻安裝在生產現場,與控製室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。

            兩線製優點:

            1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響,可用非常便宜的更細的導線;可節省大量電纜線和安裝費用;

            2、在電流源輸出電阻足夠大時,經磁場耦合感應到導線環路內的電壓,不會產生顯著影響,因為幹擾源引起的電流極小,一般利用雙絞線就能降低幹擾;三線製與四線製必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。

            3、電容性幹擾會導致接收器電阻有關誤差,對於4~20mA兩線製環路,接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1~5V)這個電阻小到不足以產生顯著誤差,因此,可以允許的電線長度比電壓遙測係統更長更遠;

            4、各個單台示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接,不因電線長度的不等而造成精度的差異,實現分散采集,分散式采集的好處就是:分散采集,集中控製....

            5、將4mA用於零電平,使判斷開路與短路或傳感器損壞(0mA狀態)十分方便。

            6、在兩線輸出口非常容易增設一兩隻防雷防浪湧器件,有利於安全防雷防爆。   四線製、三線製和兩線製以及電壓傳輸的擴展理解

            三線製和四線製變送器均不具上述優點即將被兩線製變送器所取代,從國外的行業動態及變送器芯片供求量即可略知一斑,電流變送器在使用時要安裝在現場設備的動力線上,而以單片機為核心的監測係統則位於較遠離設備現場的監控室裏,兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠。設備現場的環境較為惡劣,強電信號會產生各種電磁幹擾,雷電感應會產生強浪湧脈衝,在這種情況下,單片機應用係統中遇到的一個棘手問題就是如何在惡劣環境下遠距離可靠地傳送微小信號。

            兩線製電流變送器的輸出為4~20mA,通過250Ω的精密電阻轉換成1~5V或2-10V的模擬電壓信號.轉換成數字信號有多種方法,如果係統是在環境較為惡劣的工業現場長期使用,因此需考慮硬件係統工作的安全性和可靠性。係統的輸入模塊采用壓頻轉換器件LM231將模擬電壓信號轉換成頻率信號,用光電耦合器件TL117進行模擬量與數字量的隔離。

            同時模擬信號處理電路與數字信號處理電路分別使用兩組獨立的電源,模擬地與數字地相互分開,這樣可提高係統工作的安全性。利用壓頻轉換器件LM231也有一定的抗高頻幹擾的作用。

            在單片機控製的許多應用場合,都要使用變送器來將單片機不能直接測量的信號轉換成單片機可以處理的電模擬信號,如電流變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。


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