浅谈仪表的两线制、三线制、四线制

一、传感器与变送器的区别

传感器和变送器本是热工仪表的概念。传感器通常由敏感元件和转换元件组成，能够使非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器的器件或装置的总称。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号转换为标准的电信号以便转送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。根据需要还可将模拟量变换为数字量。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。还有一种变送器不是将物理量变换成电信号，如一种锅炉水位计的“差压变送器”，他是将液位传感器里的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧，以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。当然还有把电气模拟量变换成数字量的也可以叫变送器。以上只是从概念上说明传感器和变送器的区别。

二、两线制、三线制、四线制仪表

几线制的称谓，是在两线制变送器诞生后才有的。这是电子放大器在仪表中广泛应用的结果，放大的本质就是一种能量转换过程，这就离不开供电。最先出现的是四线制的变送器，即两根线负责电源的供应，另外两根线负责输出被转换放大的信号(如电压、电流、等)，三线制是指一根线为电源正线，一根线为信号正线，一根线为电源负线和信号负线的公共线，二线制仪表即电源与信号共用两根线。

由于二线制其安装、维修都方便的多，现场大部分的变送器用的都是二线制仪表，只有某些特殊要求的仪表仍然采用多线制。

2.1四线制仪表

四线制变送器，其供电大多为 220VAC，也有供电为24VDC 的。输出信号有 4-20mADC，负载电阻为 250Ω，或者 0-10mADC，负载电阻为 0-1.5KΩ；有的还有 mA 和 mV 信号，但负载电阻或输入电阻，因输出电路形式不同而数值有所不同。

四线制变送器如图所示，其供电大多为 220VAC，也有供电为 24VDC 的。输出信号有 4-20mADC，负载电阻为250Ω，或者 0-10mADC，负载电阻为 0-1.5KΩ；但负载电阻或输入电阻，因输出电路形式不同而数值有所不同。

四线制变送器接线示意图

2.2三线制仪表

有的仪表厂为了减小变送器的体积和重量、并提高抗干扰性能、减化接线，而把变送器的供电由 220VAC 改为低压直流供电，如电源从 24VDC 电源箱取用。低压供电为负线共用创造了条件，这样就有了三线制的变送器产品。

三线制变送器如图所示，所谓三线制就是电源正端用一根线，信号输出正端用一根线，电源负端和信号负端共用一根线。其供电大多为 24V.DC，输出信号有 4-20mA.DC，负载电阻为 250Ω 或者 0-10mA.DC，负载电阻为 0-1.5KΩ；有的还有 mA 和 mV 信号，但负载电阻或输入电阻，因输出电路形式不同而数值有所不同。

三线制变送器接线示意图

所谓三线制就是电源正端用一根线，信号输出正端用一根线，电源负端和信号负端共用一根线。其供电大多为24V.DC，输出信号有 4-20mA.DC，负载电阻为 250Ω 或者

0-10mA.DC，负载电阻为 0-1.5KΩ；有的还有 mA 和 mV 信号，但负载电阻或输入电阻因输出电路形式不同而有所不同。

2.3二线制仪表

二线制仪表即电源与信号共用两根线，布线简单，功耗低，安全性高（可以达到本安）。所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。两线制变送器由于信号起点电流为 4mADC，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为 4mADC，不与机械零点重合，有利于识别断电和断线等故障。而且两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。线制的优点是接线简单，但是只能用于传感器本身功耗小的情况，如果传感器本身功耗大（如超声波液位）就不能作成 2 线的，只能是 4 线，计工作电源 2 个，输出 2 个。

两线制变送器的原理是利用了4~20mA 信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于 4mA，那么将不可能输出下限 4mA 值。因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于 3.5mA。这是两线制变送器的设计根本原则之一。从整体结构上来看，两线制变送器由三大部分组成：传感器、调理电路、两线制 V/I 变换器构成。传感器将温度、压力等物理量转化为电参量，调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出。两线制 V/I 变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流；同时从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用。除了V/I 变换电路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，两线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括在 V/I 变换的反馈环路内。

奉劝大家买两线制变送器必然是首选, 千万不要买黑心厂商淘汰 3 线 4 线制的! 四线制变送器和三线制变送器因导线内电流不对称必须使用昂贵的屏蔽线,而两线制变送器可使用非常便宜的的双绞线导线,因此在应用中两线制变送器必然是首选：

两线制变送器－－－－－－双绞线 0.6 元/m,传输1000m600 元
三线制变送器－－－－－－使用昂贵的三线屏蔽线 1.8元/m,传输 1000m1800 元
四线制变送器－－－－－－使用更昂贵的四线屏蔽线2.8 元/m,传输 1000m2800 元

所以用屏蔽线最好，花钱不多，避免后患。

两线制变送器如图所示，其供电为 24VDC，输出信号为4-20mADC，负载电阻为 250Ω，24V 电源的负线电位最低，它就是信号公共线。

两线制变送器接线示意图

由于 4-20mADC(1-5VDC)信号制的普及和应用，在控制

系统应用中为了便于连接，就要求信号制的统一，为此要求一些非电动单元组合的仪表，如在线分析、机械量、电量等仪表，能采用输出为 4-20mA.DC 信号制。但是由于其转换电路复杂、功耗大等原因，而无法做到两线制，就只能采用外接电源的方法来做输出为 4-20mA.DC 的四线制变送器了。

三、两线制、三线制、四线制热电阻

两线制没有线路电阻补偿，配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造高精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。

两线制

三线制有线路电阻补偿，可以消除引线电阻的影响，测量精度高于 2 线制。要求引出的三根导线截面积和长度均相同，电路一般是不平衡电桥，热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。

三线制

四线制热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流，把电阻值转换成电压信号，再通过另两根引线把引至 PLC。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，但成本较高，主要用于高精度的温度检测。当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值。四线制的热电阻精度相当高，消除了导线带来的误差，工业上很少用，一般是实验室用。

四线制

二线和三线是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。与之相比，四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。

应该说，几线制是电流回路和电压测量回路是否分开接线的问题。2 线，电流回路和电压测量回路合二为 1，精度差。3 线，电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线，精度稍好。4 线，电路回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费线。

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