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时间:2026-02-22发布者:东莞泛达仪器仪表有限公司
变送器的线制划分,是伴随两线制变送器的研发问世而诞生的概念,这一分类的出现,本质是电子放大器在仪表领域大规模应用的必然结果。放大器的核心作用是信号放大,而放大过程实则是能量转换的过程,这就需要持续的供电支持,也正因如此,四线制成为变送器最早的线制形式 — 这类变送器通过两根导线实现电源供给,另外两根导线专门传输经转换放大后的电信号,比如电压、电流信号等。
20世纪70年代,我国开始自主生产 DDZ-Ⅲ 型电动单元组合仪表,这款仪表采用了国际电工委员会(IEC)制定的过程控制系统模拟信号标准,搭建了 “电流传输、电压接收” 的信号传输体系,核心输出信号为 4-20mA 直流电流,联络信号则涵盖 1-5VDC 直流电压与 4-20mA 直流电流两种形式,这一标准也为现场仪表实现两线制供电传输奠定了技术基础。不过受当时生产工艺、技术条件的限制,两线制最初仅应用于压力、差压变送器,温度变送器等其他类型仪表仍沿用四线制。历经多年技术发展,如今国内两线制变送器的产品类型已实现大幅拓展,应用场景也愈发广泛,同时从国外引进的变送器产品,也以两线制为主流形式。

实现两线制变送的技术核心,是让仪表同时满足以下三项硬性条件:
变送器输出端电压 V,需不超过规定的最低电源电压,减去电流在负载电阻和传输导线电阻上产生的压降。
目前工业场景中主流的两线制变送器,均采用 24VDC 直流供电,输出 4-20mA 直流电流信号,标配 250Ω 负载电阻,24V 电源的负线为系统最低电位端,同时也是信号公共线。对于智能型两线制变送器,还可在 4-20mA 的基础电流信号上,叠加基于 HART 协议的 FSK 键控信号,实现数字信号与模拟信号的同时传输。
随着 4-20mA 直流电流(配套 1-5VDC 直流电压)信号制式在工业控制系统中的普及,为了实现各类仪表与控制系统的便捷对接,行业对信号制式的统一性提出了更高要求。这就要求在线分析仪表、机械量检测仪表、电量检测仪表等非电动单元组合类仪表,也能输出 4-20mA 标准电流信号。但这类仪表的信号转换电路更为复杂,设备运行功耗也相对较高,难以全部满足两线制的三项技术条件,因此无法实现两线制设计,只能通过外接独立电源的方式,设计为输出 4-20mA 直流电流信号的四线制变送器。
四线制变送器的供电形式更为多样,传统款以 220V 交流供电为主,也有部分产品采用 24VDC 直流供电;输出信号除了 4-20mA 直流电流(标配 250Ω 负载电阻),还有 0-10mA 直流电流(适配 0-1.5kΩ 负载电阻),部分产品还能输出 mA、mV 级别的非标信号,其负载电阻或输入电阻的具体取值,会随输出电路的结构形式不同而有所变化。为了进一步优化变送器的产品性能,部分仪表生产企业开始对四线制变送器进行升级改进:将传统 220V 交流供电改为低压直流供电,比如从 24VDC 电源箱取电,低压直流供电的设计为电源与信号的负线共用创造了技术条件,基于这一改进,三线制变送器应运而生。

三线制变送器的接线形式为:电源正端单独接一根导线,信号输出正端单独接一根导线,电源负端与信号负端共用一根导线,三根导线完成供电与信号传输。这类变送器均采用 24VDC 低压直流供电,输出信号与四线制相近,包含 4-20mA 直流电流(250Ω 负载电阻)、0-10mA 直流电流(0-1.5kΩ 负载电阻),部分产品也支持 mA、mV 级信号输出,其负载电阻或输入电阻同样随输出电路形式调整。需要注意的是,上述三种线制的变送器,向接收仪表传输的基础信号均为电流信号,若在信号回路中并联接入电阻 RL,即可将电流信号转换为电压信号,满足不同接收设备的信号采集需求。
综上可见,变送器之所以出现两线制、三线制、四线制三种不同的接线形式,核心是由各类变送器的工作原理、内部结构差异决定的。对于工业用户而言,在变送器选型阶段,需结合企业的实际生产需求综合考量,重点关注信号制式的统一性、生产场景的防爆要求、接收设备的信号适配标准以及项目投资预算等因素,从而选择最适配的产品。
尤为重要的是,三线制和四线制变送器输出的 4-20mA 标准电流信号,其内部输出电路的结构设计与两线制变送器存在本质差异。因此在实际应用中。需重点关注这类变送器的输出负端能否与 24V 电源的负线直接连接、是否可实现共地使用。若存在信号干扰、电位不匹配等问题。需采取相应的隔离措施,比如加装信号隔离器、安全栅等设确保变送器与其他仪表实现共电、共地,同时有效避免附加干扰对信号传输的影响。
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