계측선 방식 중 2선식, 3선식, 4선식은 어떤 것인가요?

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““계기선 체계”란 계기의 전력 공급과 표준 신호 전송에 사용되는 선의 수를 의미합니다.다선식이라는 명칭은 2선식 트랜스미터가 등장한 이후에 생겨났습니다.이는 전자 증폭기가 계측기에서 널리 사용되는 결과이며, 증폭의 본질은 에너지 변환 과정인데, 이는 전력 공급 없이는 불가능합니다.따라서 가장 먼저 등장한 것은 4선식 트랜스미터였습니다. 즉, 두 개의 선은 전원 공급을 담당하고, 나머지 두 개의 선은 변환 및 증폭된 신호(예: 전압, 전류 등)를 출력하는 역할을 합니다. ◆AC220V로 전력을 공급받는 계측기는 반드시 4선식입니다. 4선식 신호의 계측기란, 전력 공급 회로와 신호 회로가 서로 분리되어 있으며, 절연 회로를 통해 4-20mA 표준 신호가 전달되는 방식을 말합니다.따라서 신호는 반드시 절연되어 있으며, 보통 접지되지 않습니다.전원은 DC24V이거나 AC220V일 수 있습니다.◆2선식으로 공급되는 전력이 계측기에 필요한 전력을 충분히 공급하지 못할 때는 3선식을 사용합니다. 이때 신호는 4-20mA 표준 신호입니다. 3선식의 세 가지 선은 다음과 같습니다: 하나는 전원선(보통 DC24V+)이고, 다른 하나는 신호선이며, 마지막 하나는 전원과 신호가 공유하는 선으로, 전압 기준점 및 전류 회로에 사용됩니다. ◆4-20mA 표준 신호가 아닌 것은 2선식이라고 하지 않습니다. 2선식이란 두 개의 전선을 통해 전력을 공급하면서 동시에 4-20mA 표준 신호를 전송하는 방식입니다.이 기준 신호가 아니면 2선식이라고 하지 않습니다.2선식의 최소 전력 공급 능력은 다음과 같습니다: 4mA×24V – 수신 기기의 소비전력 – 회로 손실. ◆실제 현장 작업에서 4선식, 3선식, 2선식의 주요 전력 공급 방식은 무엇인가요? ①4선식 전원 공급은 대부분 AC220V이며, DC24V로 전원을 공급하는 4선식 변환기도 있습니다. 아래 그림과 같이, 이러한 변환기의 전원 공급도 대체로 AC220V이지만, DC24V를 사용하는 경우도 있습니다.출력 신호는 4-20mA/부하 저항 250Ω, 또는 0-10mA/부하 저항 0-1.5KΩ입니다；일부는 mA와 mV 신호도 가지고 있지만, 출력 회로의 형태에 따라 부하 저항이나 입력 저항의 값은 달라집니다.②3선식 전원 공급 방식은 대부분 DC24V 3선식 트랜스미터를 사용하는데, 아래 그림과 같습니다. 소위 3선식이란 전원의 양극에는 한 가닥의 선을 사용하고, 신호 출력의 양극에도 한 가닥의 선을 사용하며, 전원의 음극과 신호의 음극은 같은 선을 공유하는 것을 말합니다.전원은 대부분 DC24V이며, 출력 신호는 4-20mADC입니다. 부하 저항은 250Ω이거나, 0-10mA인 경우에는 부하 저항이 0-1.5KΩ입니다；일부는 mA와 mV 신호도 가지고 있지만, 출력 회로의 형태에 따라 부하 저항이나 입력 저항의 값은 달라집니다.③2선식 전원 공급 방식의 DC24V 2선식 센서는 다음 그림과 같습니다. 이 센서의 전원은 DC24V이며, 출력 신호는 DC4-20mA입니다. 부하 저항값은 250Ω입니다. 24V 전원의 음극선은 가장 낮은 전위를 가지며, 이 선이 바로 신호 공통선입니다. 스마트 센서의 경우, 4-20mA 신호에 HART 프로토콜을 이용한 FSK 변조 신호를 추가할 수도 있습니다.다양한 트랜스미터의 작동 원리와 구조가 다르기 때문에 서로 다른 제품들이 생겨났으며, 이로 인해 트랜스미터의 2선식, 3선식, 4선식 연결 방식도 결정되게 됩니다. ◆4선식, 3선식, 2선식 계측기를 어떻게 선택할까? ①출력 파워가 10W를 초과하고 정밀도가 높아야 하는 경우에는 일반적으로 4선식 계측기를 사용한다. 4선식 계측기의 사용은 DDZ-II형 전동 유닛 조합 계측기가 등장하면서 시작되었으며, 전원은 AC220V를 사용한다. 그 후에는 0-10mA 신호를 출력하는 4선식 변환기가 널리 사용되게 되었다.변환 회로가 복잡하고 전력 소비량이 많다는 이유로, 현재에도 많은 계측기에서는 4선식을 선호합니다. 가장 대표적인 예로 코리올리 질량 유량계와 전자기 유량계가 있으며, 이들 역시 여전히 4선식을 사용합니다. 질량 유량계의 경우 진동에 필요한 에너지가 필요하고, 전자기 유량계의 경우 자기장을 생성하는 데 에너지가 필요하기 때문입니다. 두 계측기 모두 10W 이상의 전력을 소비하므로 4선식이 필요한 것입니다. ②비안전 전압을 이용한 전력 공급을 줄이기 위해, 일반적으로 3선식 계측기가 사용됩니다. 계측기가 필요로 하는 전력 공급량을 충족시키기 위해, 변환기의 전력 공급 방식을 AC220V에서 저전압 직류로 변경합니다. 예를 들어, 전원은 DC24V 전원 공급 장치에서 공급받아 비안전 전압을 이용한 전력 공급을 줄일 수 있습니다.이렇게 하여 3선식 트랜스미터 제품이 생겨났습니다. ③출력이 낮고 비용도 저렴하여, 일반적으로 2선식 계측기가 사용됩니다. 4-20mA 신호를 활용함으로써 현장의 계측기도 2선식으로 작동할 수 있습니다. 현재 국내에서는 2선식 트랜스미터가 매우 널리 사용되고 있습니다. 요약하자면, 사용자는 제품을 선정할 때 자신의 기관의 실제 상황, 즉 신호 체계의 통일성, 방폭 요구사항, 수신 장비의 요구사항, 투자 비용 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다. 지적해야 할 점은, 3선식 및 4선식 변환기가 출력하는 4-20mA 신호의 경우, 그 출력 회로의 원리와 구조가 2선식과는 다르기 때문에, 실제 사용 시에는 그 출력의 음극이 24V 전원의 음극선과 연결될 수 있는지, 혹은 공통 접지가 가능한지를 반드시 확인해야 합니다. 필요하다면, 분배기나 세이프가드와 같은 장치를 사용하여 다른 계측기들과 전원 및 접지를 공유하고, 추가적인 간섭을 방지할 수 있습니다.