二線制

概述

工業上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等；另外電物理量(簡稱電量),例如電流、電壓、功率、頻率等，都需要轉換成標準模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。這種將物理量轉換成電信號的設備稱為變送器。工業上最廣泛採用的標準模擬量電信號是用4~20mA直流電流來傳輸模擬量。

從熱電阻引線方式上來講，二線制方式是熱電阻兩端各連一根導線，這種引線方式簡單、費用低，但是引線電阻隨環境溫度的變化會帶來附加誤差。只有當引線電阻r與元件電阻值R滿足2r/R《=0.001時，引線電阻的影響才可以忽略。

三線制：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制，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，是工業過程式控制制中的最常用的引線電阻。

四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恆定電流I，把R轉換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀錶。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。

熱電阻常採用三線制接法。採用三線制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。採用三線制，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。工業上一般都採用三線制接法。熱電偶產生的是毫伏信號，不存在這個問題。

二線制的優點

用電流信號的原因是不容易受干擾。並且電流源內阻無窮大，導線電阻串聯在迴路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低於4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。

電流輸出型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當然，電流輸出可以與電源公用一根線（公用VCC或者GND），可節省一根線，稱之為三線制變送器。

二線制的接線

其實大家可能注意到，4-20mA電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當於一個特殊的負載，特殊之處在於變送器的耗電電流在4~20mA之間根據感測器輸出而變化。顯示儀錶只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業電流環標準下限為4mA，因此只要在量程範圍內，變送器至少有4mA供電。這使得兩線制感測器的設計成為可能。

在工業應用中，測量點一般在現場，而顯示設備或者控制設備一般都在控制室或控制櫃上。兩者之間距離可能數十至數百米。按一百米距離計算，省去2根信號傳輸導線意味著成本降低近百元！另外四線制變送器和三線制變送器因導線內電流不對稱必須使用昂貴的屏蔽線，而兩線制變送器可使用非常便宜的的雙絞線導線，因此在應用中兩線制變送器必然是首選。