Explicación detallada de las diferencias entre medidor de flujo electromagnético de dos hilos, tres hilos y cuatro hilos

Definición de medidor de flujo electromagnético de dos hilos, tres hilos y cuatro hilos

Los sistemas de dos hilos, tres hilos y cuatro hilos del medidor de flujo electromagnético se refieren a las diferencias en el principio de funcionamiento y la configuración del transmisor cuya salida es una señal de corriente continua analógica, y no se refieren únicamente al modo de cableado del transmisor. Comprender estas diferencias ayuda a una selección e instalación correctas.

Dos hilos

Los dos cables transmiten tanto la alimentación como la señal, y la carga de salida del sensor y la fuente de alimentación están conectadas en serie. La alimentación se introduce desde el exterior y se conecta en serie con la carga para alimentarla.

Tres hilos

El terminal positivo de la alimentación y el terminal positivo de la salida de señal están separados, pero comparten un terminal COM. La alimentación suele ser de 24 V.DC, y la señal de salida puede ser 4-20 mA.DC o 0-10 mA.DC, entre otras.

Cuatro hilos

Dos cables para la alimentación y dos cables para la señal. La alimentación y la señal funcionan por separado; la alimentación suele ser de 220 V.AC o 24 V.DC.

Diferencias entre los distintos sistemas de cableado y principio de funcionamiento

I. Dos hilos

Para realizar un transmisor de dos hilos, se deben cumplir simultáneamente las siguientes condiciones:

1. V ≤ Emin - ImaxRLmax: la tensión V en el terminal de salida del transmisor es igual a la tensión mínima de alimentación especificada menos la caída de tensión de la corriente en la resistencia de carga y la resistencia del conductor de transmisión.
2. I ≤ Imin: la corriente de funcionamiento normal I del transmisor debe ser menor o igual a la corriente de salida del transmisor.
3. P ＜ Imin(Emin - IminRLmax): la potencia mínima consumida P del transmisor no puede superar la fórmula anterior; generalmente es ＜90 mW.

Donde: Emin = tensión mínima de alimentación; para la mayoría de los instrumentos, Emin = 24(1-5%) = 22,8 V, siendo el 5% la variación negativa permitida de la fuente de 24 V; Imax = 20 mA; Imin = 4 mA; RLmax = 250 Ω + resistencia del conductor de transmisión.

Si el transmisor cumple en su diseño las tres condiciones anteriores, se puede lograr la transmisión de dos hilos. El llamado sistema de dos hilos es aquel en el que la alimentación y la carga están conectadas en serie, con un punto común, y la comunicación de señal y la alimentación entre el transmisor de campo y el instrumento de la sala de control utilizan solo dos cables; estos dos cables son tanto la línea de alimentación como la línea de señal.

Debido a que la corriente inicial de la señal del transmisor de dos hilos es de 4 mA.DC, esto proporciona al transmisor una corriente de funcionamiento estática; además, el cero eléctrico del instrumento es de 4 mA.DC, que no coincide con el cero mecánico. Este "cero vivo" facilita la identificación de fallas como cortes de energía y roturas de línea. Además, el sistema de dos hilos facilita el uso de barreras de seguridad, lo que favorece la protección contra explosiones.

Como se muestra en la figura, la alimentación del transmisor de dos hilos es de 24 V.DC, la señal de salida es de 4-20 mA.DC, la resistencia de carga es de 250 Ω, y el potencial de la línea negativa de la fuente de 24 V es el más bajo, por lo que es la línea común de señal. Para los transmisores inteligentes, también se puede superponer a la señal de 4-20 mA.DC una señal de control FSK del protocolo HART.

II. Tres hilos

Algunas fábricas de instrumentos, para reducir el volumen y el peso del transmisor, mejorar el rendimiento antiinterferencias y simplificar el cableado, cambiaron la alimentación del transmisor de 220 V.AC a alimentación de baja tensión continua, como tomar alimentación de una caja de alimentación de 24 V.DC. Dado que la alimentación de baja tensión crea las condiciones para compartir la línea negativa, surgieron así productos de transmisores de tres hilos.

El transmisor de tres hilos se muestra en la figura. El llamado sistema de tres hilos consiste en que el terminal positivo de la alimentación utiliza un cable, el terminal positivo de la salida de señal utiliza un cable, y el terminal negativo de la alimentación y el terminal negativo de la señal comparten un cable. Su alimentación suele ser de 24 V.DC, la señal de salida puede ser 4-20 mA.DC con resistencia de carga de 250 Ω, o 0-10 mA.DC con resistencia de carga de 0-1,5 kΩ; algunos también tienen señales de mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varían según el modo del circuito de salida.

El instrumento receptor de entrada recibe una señal de corriente; si se conecta una resistencia RL en paralelo, entonces lo que se recibe es una señal de tensión.

De lo anterior se puede observar que, debido a que los principios de funcionamiento y las configuraciones de los diversos transmisores son diferentes, surgen productos diferentes, lo que determina los modos de cableado de dos hilos, tres hilos y cuatro hilos de los transmisores. Para el usuario, al seleccionar el modelo se debe considerar de manera integral según la situación real de su unidad, como la uniformidad del sistema de señal, los requisitos de protección contra explosiones, los requisitos del equipo receptor y la inversión.

Cabe señalar que la señal de 4-20 mA.DC de salida de los transmisores de tres hilos y cuatro hilos, debido a que el principio y la configuración de su circuito de salida son diferentes de los del sistema de dos hilos, en la aplicación se debe prestar atención a si el terminal negativo de salida puede conectarse a la línea negativa de la fuente de 24 V y si puede compartir tierra. Cuando sea necesario, se pueden adoptar medidas de aislamiento, como aisladores, barreras de seguridad, etc., para compartir alimentación y tierra con otros instrumentos y evitar interferencias adicionales.

III. Cuatro hilos

Debido a la popularización y aplicación del sistema de señal de 4-20 mA.DC (1-5 V.DC), en las aplicaciones de sistemas de control, para facilitar la conexión se requiere uniformidad en el sistema de señal. Por ello, algunos instrumentos no pertenecientes a unidades eléctricas combinadas, como analizadores en línea, instrumentos de magnitudes mecánicas y eléctricas, pueden adoptar el sistema de señal de salida de 4-20 mA.DC; sin embargo, debido a que su circuito de conversión es complejo y su consumo de energía es elevado, entre otras razones, es difícil que cumplan totalmente las tres condiciones anteriores, por lo que no pueden ser de dos hilos y solo pueden adoptar el método de alimentación externa para convertirse en transmisores de cuatro hilos con salida de 4-20 mA.DC.

El transmisor de cuatro hilos se muestra en la figura. Su alimentación suele ser de 220 V.AC, aunque también hay de 24 V.DC. La señal de salida puede ser 4-20 mA.DC con resistencia de carga de 250 Ω, o 0-10 mA.DC con resistencia de carga de 0-1,5 kΩ; algunos también tienen señales de mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varían según el modo del circuito de salida.

Comparación entre dos hilos, tres hilos y cuatro hilos

Recomendaciones de selección

Al seleccionar el modelo, el usuario debe considerar de manera integral según la situación real de su unidad, como la uniformidad del sistema de señal, los requisitos de protección contra explosiones, los requisitos del equipo receptor y la inversión. Se debe prestar atención a si el terminal negativo de salida de los transmisores de tres hilos y cuatro hilos puede conectarse a la línea negativa de la fuente de 24 V o compartir tierra; cuando sea necesario, adoptar medidas de aislamiento como aisladores y barreras de seguridad.