Определения двухпроводной, трехпроводной и четырехпроводной схем электромагнитного расходомера
Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схемы электромагнитного расходомера относятся к различиям в принципе работы и конструкции преобразователей с выходным аналоговым сигналом постоянного тока, а не только к способу подключения преобразователя. Понимание этих различий помогает правильно выбрать и установить оборудование.
Двухпроводная схема
Два провода одновременно передают питание и сигнал, нагрузка на выходе датчика и источник питания соединены последовательно. Питание подается извне и последовательно с нагрузкой управляет ею.
Трехпроводная схема
Положительный вывод питания и положительный вывод сигнала разделены, но они используют общий вывод COM. Питание чаще всего 24V.DC, выходной сигнал 4-20mA.DC или 0-10mA.DC и т.д.
Четырехпроводная схема
Два провода для питания, два провода для сигнала. Питание и сигнал работают раздельно, питание чаще всего 220V.AC или 24V.DC.
Различия и принципы работы разных схем
I. Двухпроводная схема
Для реализации двухпроводного преобразователя необходимо одновременно выполнить следующие условия:
- V ≤ Emin - ImaxRLmax: напряжение на выходе преобразователя V равно заданному минимальному напряжению питания минус падение напряжения на нагрузочном сопротивлении и сопротивлении соединительных проводов.
- I ≤ Imin: рабочий ток преобразователя I должен быть меньше или равен выходному току преобразователя.
- P ＜ Imin(Emin - IminRLmax): минимальная потребляемая мощность преобразователя P не должна превышать указанное выражение, обычно <90mW.
Где: Emin = минимальное напряжение питания, для большинства приборов Emin=24(1-5%)=22.8V, 5% — допустимое отрицательное отклонение питания 24V; Imax=20mA; Imin=4mA; RLmax=250Ω + сопротивление соединительных проводов.
Если преобразователь конструктивно удовлетворяет трем вышеуказанным условиям, можно реализовать двухпроводную передачу. Так называемая двухпроводная схема — это последовательное соединение источника питания и нагрузки с общей точкой, при этом связь между полевым преобразователем и прибором в диспетчерской, а также питание осуществляются всего по двум проводам, которые являются одновременно и линией питания, и линией сигнала.
Двухпроводный преобразователь, благодаря начальному току сигнала 4mA.DC, обеспечивает статический рабочий ток преобразователя, а электрический нуль прибора равен 4mA.DC и не совпадает с механическим нулем. Такой «активный нуль» способствует обнаружению обрыва питания и обрыва провода. Кроме того, двухпроводная схема удобна для использования барьеров безопасности, что способствует взрывозащите.
Как показано на рисунке, питание двухпроводного преобразователя 24V.DC, выходной сигнал 4-20mA.DC, нагрузочное сопротивление 250Ω, потенциал отрицательного провода питания 24V самый низкий, он же является общим проводом сигнала. Для интеллектуальных преобразователей на сигнал 4-20mA.DC можно также накладывать FSK-модуляцию протокола HART.
II. Трехпроводная схема
Некоторые заводы приборов, чтобы уменьшить размеры и вес преобразователя, повысить помехоустойчивость и упростить подключение, заменили питание преобразователя с 220V.AC на низковольтное постоянное, например, питание от блока питания 24V.DC, поскольку низковольтное питание создает условия для общего отрицательного провода, так появились трехпроводные преобразователи.
Трехпроводный преобразователь показан на рисунке: так называемая трехпроводная схема — это когда положительный вывод питания использует один провод, положительный вывод сигнала — один провод, а отрицательный вывод питания и отрицательный вывод сигнала используют общий провод. Питание чаще всего 24V.DC, выходной сигнал 4-20mA.DC с нагрузочным сопротивлением 250Ω или 0-10mA.DC с нагрузочным сопротивлением 0-1.5KΩ; некоторые также имеют сигналы mA и mV, но нагрузочное или входное сопротивление различается в зависимости от схемы выходного каскада.
Входной принимающий прибор получает токовый сигнал; если параллельно подключить сопротивление RL, то принимается уже сигнал напряжения.
Из вышесказанного видно, что из-за различий в принципе работы и конструкции различных преобразователей появляются разные изделия, что и определяет двухпроводную, трехпроводную и четырехпроводную схемы подключения. Для пользователя при выборе следует исходить из реальных условий предприятия, таких как согласованность сигнальной системы, требования взрывозащиты, требования приемного оборудования, инвестиции и т.д.
Следует отметить, что выходной сигнал 4-20mA.DC трехпроводных и четырехпроводных преобразователей из-за иного принципа и конструкции выходного каскада, чем у двухпроводных, требует внимания к тому, можно ли соединять отрицательный вывод выхода с отрицательным проводом питания 24V и можно ли иметь общую землю. При необходимости следует применять меры изоляции, например, изоляторы, барьеры безопасности, для общего питания и заземления с другими приборами и предотвращения дополнительных помех.
III. Четырехпроводная схема
Благодаря распространению и применению сигнальной системы 4-20mA.DC (1-5V.DC), в системах управления для удобства подключения требуется согласованность сигнальной системы. Для этого необходимы некоторые приборы, не входящие в агрегатные комплексы, такие как приборы онлайн-анализа, механических величин, электрических величин и т.д., которые могут использовать выходной сигнал 4-20mA.DC, но из-за сложности схемы преобразования и большого энергопотребления они не могут полностью удовлетворить трем вышеуказанным условиям и не могут быть двухпроводными, поэтому приходится применять внешнее питание для создания четырехпроводного преобразователя с выходом 4-20mA.DC.
Четырехпроводный преобразователь показан на рисунке: его питание чаще всего 220V.AC, также бывает 24V.DC. Выходной сигнал 4-20mA.DC с нагрузочным сопротивлением 250Ω или 0-10mA.DC с нагрузочным сопротивлением 0-1.5KΩ; некоторые также имеют сигналы mA и mV, но нагрузочное или входное сопротивление различается в зависимости от схемы выходного каскада.
Сравнение двухпроводной, трехпроводной и четырехпроводной схем
| Схема | Питание и сигнал | Напряжение питания | Выходной сигнал | Нагрузочное сопротивление | Особенности |
|---|---|---|---|---|---|
| Двухпроводная | Общие два провода | 24V.DC | 4-20mA.DC | 250Ω | Активный нуль, удобна для взрывозащиты, требует выполнения трех условий |
| Трехпроводная | Питание+ и сигнал+ разделены, общий минус | 24V.DC | 4-20mA.DC или 0-10mA.DC | 250Ω или 0-1.5KΩ | Малые размеры, высокая помехоустойчивость, упрощенное подключение |
| Четырехпроводная | Питание и сигнал полностью разделены | 220V.AC или 24V.DC | 4-20mA.DC или 0-10mA.DC | 250Ω или 0-1.5KΩ | Большое энергопотребление, сложная схема, для специальных приборов |
Рекомендации по выбору
При выборе пользователю следует исходить из реальных условий предприятия, таких как согласованность сигнальной системы, требования взрывозащиты, требования приемного оборудования, инвестиции и т.д. Необходимо учитывать, можно ли соединять отрицательный вывод выхода трехпроводных и четырехпроводных преобразователей с отрицательным проводом питания 24V или иметь общую землю; при необходимости применять изоляторы, барьеры безопасности и другие меры изоляции.