二线制信号传输与供电原理.doc

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1、....二线制变送器信号／供电原理及相关问题解答一、什么是二线制变送器或控制单元：二线制变送器或控制单元是指，采用将物理量转换成4～20mA标准电流信号通过一对（二根）导线输出的同时，电源以4~20mA的电流通过同一对导线为变送器或控制单元供电的信号传输及供电方式的电流输出型变送器或控制单元。图1二、二线制的信号传输及供电原理.下载可编辑.....在一个电源和带有一只可变电阻构成的回路中（见图1），改变可变电阻的阻值可以改变回路电流。当电源电压或者电阻发生变化时，可以通过改变可变电阻的阻值可以使回路电流保持在相应位置。同时回路中只要还存在电流，可变电阻两端就有

2、电压存在。如果这个变阻器具有一定的智能，可以自动根据需要将回路中的电流稳定在某个数值，这个变阻器就等效为可调的恒流器，而二线制变送器正是一种具有这种特性的设备。在实际应用中变送器可以等效为一只特殊的可变电阻（见图2）。这只可变电阻的特殊性在于：图2它是根据变送器的输入或控制单元的要求而对流过的电流在规定的数值之间进行调整从而实现信号的传输。.下载可编辑.....同时这个电流有一个下限，使回路中始终保持有一定的电流通过从而在变送器或控制单元的两端始终存在电压从而实现对变送器或控制单元的供电。一、二线制的信号传输及供电的相关规定二线制，要在一对导线中实现同时传输信

3、号并供电的要求，就必须对信号电流、电源电压、负载电阻、变送器的电源适应能力等，有一个统筹安排。同时作为一项广泛运用的技术，这种安排需要有一个统一的标准。我国国家标准GB/T3369－2008《过程控制用模拟信号》（国际电工委员会标准IEC60381－1982）中对信号和供电的要求：◆直流电流信号：4－20mA或0－20mA，推荐使用4－20mA；◆直流电压信号：0－5V，1－5V，1－10V，-10－10V：◆一个变送器或控制单元应能连续地驱动0Ω－300Ω之间的任何负载；.下载可编辑.....◆使用外部电源电源的任何变送系统元件，当电源在20V（DC）～30

4、V（DC）之间变化时，应能正常工作。为了对系统元件特性的评估和比较，建议使用24V（DC）的参考电源电压；◆直流电信号的纹波含量不应超过3%。这个标准只是一个最基本的要求。实际上变送器生产厂商拿出了各项指标远高于标准的产品，并且形成了关于二线制应用的指标惯例：●供电电压24V；●变送器电压适应范围≤12～≥30V.DC；●变送器负载电阻大于≥500Ω；●电流输入型二次仪表的输入阻抗尽可能是250Ω显然在这一组指标下，变送器可以在带两个负载的情况下实现二线制，适应绝大多数情况下的需求。.下载可编辑.....一、直流电信号为什么定成4-20mA？4-20mA信号指

5、定时考虑了在多方面使用的要求：1、30V电压30mA电流所引起的火花是可以点燃危险气体平均下限，为了保险起见，同时参照其它传统设定，所以将许多仪表定为24V供电，同时限定电流小于30mA，为了留有余地，信号上限定为20mA。2、为了区分没有信号，和信号为零，信号的起始值（信号零位值）不能为零（电气值）。在默认情况下，信号0mA是故障和没有供电的标记。3、两线制仪表在信号值为零时仍需要一定的能量供应，在24V供电条件下，4mA电流提供的能量，是当时制定标准时，大部分仪表生产商能接受的能量供应下限。4、4-20mA电流作用在250欧姆电阻上正好符合标准信号的电压标

6、准1-5V。.下载可编辑.....一、直流电信号为什么从4mA开始？一是两线制仪表在信号值为零时仍需要一定的能量供应；二是为了区分没有信号，和信号为零，信号的起始值（信号零位值）不能为零（电气值）。二、变送器配套的电流输入型二次仪表的输入阻抗是多少？规范要求一个变送器或控制单元应能连续地驱动0Ω－300Ω之间的任何负载，所以变送器配套的电流输入型二次仪表的输入阻抗可以是0Ω－300Ω之间的任何数值。但是大多数厂家会将输入阻抗做成250Ω。这是一个习惯或者应用中形成的默契。原因是4-20mA的电流信号可以方便的通过一只250Ω电阻转换成1-5V的标准直流电压信号

7、。很多厂家按照1-5V信号输入来设计二次表，然后通过跳线等方式在输入端内部并联一只250Ω的电阻，就成为电流/电压.下载可编辑.....型的仪表了。同时根据多数厂家把变送器负载能力做在≥500Ω，250Ω的输入阻抗可以使变送器有能力带2台负载。一、为什么不能直接从变送器提取多个电流信号？按照标准规范要求（见问题二），当变送器采用二线制时（见图2），当U=24V.DC回路中作为变送器负载的电阻R=R1+R2+r1+r2=300Ω时：若回路电流I=20mA则300Ω×20mA=6V。根据基尔霍夫电压定律：“对于任意一个集中参数电路中的任意一个回路，在任何时刻，沿该

8、回路的所有支路电压代数和等于零。”可得