Los transmisores de 2, 3 y 4 hilos se refieren a transmisores cuyas salidas son señales analógicas de corriente CC.
Tienen bastantes diferencias en los principios y estructuras de funcionamiento, y no se limitan solo a las formas de cableado de los transmisores.
Figura 1:Prueba de cableado de transmisor de 3 hilos.
1. Tipos de cableado del transmisor
Después de la aparición del transmisor de dos hilos, surgió el concepto de "sistema de múltiples hilos". Este es el resultado de la amplia aplicación del amplificador electrónico en instrumentos.
La esencia de la amplificación es un proceso de conversión de energía, que es inseparable del suministro de energía. Así surgió el primer transmisor de 4 hilos. Dos cables del transmisor de 4 cables son responsables del suministro de energía y los otros dos cables son responsables de la salida de señales convertidas y amplificadas (como voltaje, corriente, etc.).
Con la aparición del instrumento combinado de unidad eléctrica DDZ-Ⅱ, se utiliza ampliamente el sistema de 4 cables con fuente de alimentación de 220 V CA y señal de salida de 0-10 mA CC. En la actualidad, todavía se pueden ver estos transmisores en algunas fábricas.
El instrumento de combinación de unidades eléctricas adopta el sistema de control de procesos y el estándar de señal analógica de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Es decir, la señal de transmisión de su instrumento es de 4-20 mA CC y la señal de contacto es de 1-5 V CC, lo que significa que utiliza el sistema de señal de transmisión de corriente y recepción de voltaje. Al utilizar una señal CC de 4-20 mA, el instrumento de campo se puede fabricar con 2 cables.
2. Transmisor de 2 hilos
Para fabricar un transmisor de 2 hilos, se deben cumplir las siguientes condiciones simultáneamente.
2,1 V ≤ Emín - ImáxRLmáx
El voltaje de salida V del transmisor es igual al voltaje de suministro mínimo especificado menos la caída de voltaje de la corriente en la resistencia de carga y la resistencia del cable de transmisión.
2.2 I ≤ Imin
La corriente de trabajo normal "I" del transmisor debe ser menor o igual a la corriente de salida del transmisor.
2.3 P ＜ Imin (Emin - IminRLmax)
El consumo mínimo de energía P del transmisor no debe exceder la fórmula anterior y, por lo general, P < 90 mW.
En la fórmula anterior: Emin = tensión mínima de alimentación.
Para la mayoría de los instrumentos, Emin = 24 (1-5%) = 22,8V.
5% es la variación negativa permitida de la fuente de alimentación de 24V.
Imax=20mA；
Imin=4mA；
RLmax=250 Ω+ Resistencia de la línea de transmisión.
Al diseñar el transmisor, si cumple las tres condiciones anteriores, se puede fabricar con transmisión a 2 hilos.
Al diseñar el transmisor, si cumple las tres condiciones anteriores, se puede fabricar con transmisión a 2 hilos.
Solo se utilizan 2 cables para la comunicación de señal y el suministro de energía entre el transmisor de campo y el instrumento en la sala de control, que funcionan como línea de alimentación y línea de señal.
La corriente de inicio de la señal del transmisor de dos hilos es de 4 mA CC, lo que proporciona una corriente de trabajo estática para el transmisor. Al mismo tiempo, el punto cero eléctrico del instrumento es de 4 mA CC, que no coincide con el punto cero mecánico. Este tipo de "cero vivo" es útil para identificar fallas como cortes de energía y desconexión.
Además, el sistema de dos cables también es conveniente para el uso de barreras de seguridad, lo que favorece la protección contra explosiones.
Figura 2:Transmisor alimentado por bucle de 2 hilos
3. Transmisor de 3 hilos
Para reducir el volumen y el peso del transmisor, mejorar el rendimiento antiinterferencias y reducir el cableado, algunas fábricas de instrumentos cambian la fuente de alimentación del transmisor de 220 V CA a CC de bajo voltaje.
Por ejemplo, la fuente de alimentación se toma de la caja de alimentación de 24 V CC y la fuente de alimentación de bajo voltaje crea las condiciones para compartir líneas negativas. De esta forma se diseña un transmisor de 3 hilos.
Figura 3:Diagrama de transmisor de 3 hilos.
El diagrama de circuito del transmisor de 3 hilos se muestra en la Figura 3. En un transmisor de 3 hilos, un cable se utiliza como extremo positivo de la fuente de alimentación y el otro como extremo positivo de la salida de señal. El extremo negativo de la fuente de alimentación y el extremo negativo de la señal comparten un cable.
Su fuente de alimentación es principalmente de 24 V CC, la señal de salida es de 4-20 mA CC y la resistencia de carga es de 250 Ω o 0-10 mA CC, la resistencia de carga es de 0-1,5 k Ω. Algunos son de señales de mA y mV, pero el valor de la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el circuito de salida.
4. Transmisor de 4 hilos
Debido a la popularidad del sistema de señal de 4-20 mA CC (1-5 V CC) y la conveniencia de la conexión en la aplicación del sistema de control, el sistema de señal está unificado.
Además, algunos medidores combinados de unidades no eléctricas también deben adoptar un sistema de señal con una salida de 4-20 mA CC, como los medidores de cantidad eléctrica.
Sin embargo, debido a la complejidad del circuito de conversión y al alto consumo de energía, es difícil satisfacer las tres condiciones anteriores.
Por lo tanto, utilizando el método de fuente de alimentación externa, se diseña y fabrica un transmisor de 4 hilos con señal de salida de 4-20 mA CC.
Figura 4:Diagrama de transmisor de 4 hilos.
El diagrama de circuito del transmisor de 4 hilos se muestra en la Figura 4. La mayoría de los transmisores de 4 hilos funcionan con 220 V CA y algunos pueden funcionar con 24 V CC. Su señal de salida tiene la forma de 4-20 mA CC y la resistencia de carga es de 250 Ω, o 0-10 mA CC, y la resistencia de carga es de 0-1,5 k Ω. Algunos transmisores de 4 hilos tienen señales de mA y mV, pero el valor de la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el circuito de salida.
5. Cambio de 2 hilos a 4 hilos y viceversa
De lo anterior se puede ver que existen diferentes razones para el diseño de transmisores con diferentes tipos de cableado.
No sugerimos a los usuarios que cambien el cableado de los transmisores. El cambio es difícil y de poco significado práctico.
Si queremos cambiar un transmisor de 4 hilos de señal de transmisión CC de 0-10 mA a un transmisor de 2 hilos, el primer problema es que su corriente inicial es cero.
Cuando la corriente es cero, el amplificador electrónico del transmisor no puede establecer el punto de trabajo y funcionar normalmente.
Si se utiliza la fuente de alimentación de CC y se garantiza la corriente constante original del instrumento, suponga que la resistencia de carga del transmisor es de 0-1,5 kω y la resistencia de la bobina móvil de retroalimentación conectada en el sistema es de 2 kω. Cuando la señal de salida es de 10 mA, la caída de tensión de estas dos partes será superior a 24 V, es decir, con alimentación de 24 V DC y carga de 0-1,5 kω, es imposible garantizar la corriente constante, por lo que es imposible utilizar transmisión de 2 hilos.
Figura 5: Transmisor Rosemount 3951CD2A22A1JM5Q4HR5
En la década de 1970, una fábrica de instrumentos cambió el transmisor de 4 hilos de 0 - 10 mA CC a un transmisor de 2 hilos.
Así es como se realizó el cambio: mejore el circuito del transmisor original y aumente el voltaje de la fuente de alimentación a 48 VCC. Pero la corriente inicial del transmisor aún no puede ser cero, por lo que la corriente negativa se usa para compensar la corriente de salida inicial de 4 mA en la resistencia de carga. Sin embargo, dichos productos transmisores no se han promocionado ni aplicado.
Si desea cambiar el transmisor de 2 hilos a 4 hilos, no es necesario. Además, se trata de un retroceso técnico.
6. Resumen
Aquí podemos concluir que debido a los diferentes principios de funcionamiento y estructuras de varios transmisores, se diseñan diferentes tipos de cableado.
Para los usuarios, al seleccionar transmisores deben considerar la situación de uso real, como la unificación del sistema de señal, los requisitos a prueba de explosiones, los requisitos del equipo receptor, la inversión y otras cuestiones.
Tenga en cuenta también que, aunque la señal de salida de los transmisores de 3 y 4 cables es de 4-20 mA CC, el principio y la estructura del circuito de salida son diferentes de los de los transmisores de 2 cables, por lo que debe tener en cuenta los siguientes problemas al utilizar el transmisores.
* ¿Puede conectar el terminal de salida negativo a la línea negativa de una fuente de alimentación de 24 V?
* ¿Puede conectar el transmisor con otros instrumentos? Puedes tomar medidas de aislamiento si es necesario. Por ejemplo, utilice distribuidores y barreras de seguridad para evitar interferencias adicionales.
