热电偶的种类.docx

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热电偶的种类

热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类.所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用.非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量.标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶

铂铑10—铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0。

5mm，允许偏差—0.015mm,其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10％，含铂为90%,负极（SN）为纯铂,故俗称单铂铑热电偶.该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

它的物理,化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。

由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器,“ITS-90"虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。

S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大.

（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶

铂铑13—铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶.偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差—0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13％,含铂为87％，负极（RN）为纯铂,长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中.由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，国内测温很少采用.1967年至1971年间，英国NPL，美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究,其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究.

R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低,高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶

铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0。

5mm，允许偏差—0。

015mm,其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70％，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6％,故俗称双铂铑热电偶。

该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。

B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。

适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。

B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（K型热电偶）镍铬—镍硅热电偶

镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。

正极（KP）的名义化学成分为：

Ni：

Cr=90：

10,负极（KN）的名义化学成分为:

Ni：

Si=97：

3，其使用温度为—200～1300℃。

K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。

广泛为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中.

（N型热电偶）镍铬硅—镍硅热电偶

镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点：

K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。

正极（NP）的名义化学成分为：

Ni:

Cr：

Si=84。

4:

14。

2:

1.4，负极（NN）的名义化学成分为：

Ni:

Si:

Mg=95。

5:

4。

4:

0.1，其使用温度为-200～1300℃.

N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.

N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。

（E型热电偶）镍铬—铜镍热电偶

镍铬—铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶,也是一种廉金属的热电偶，正极（EP）为：

镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为:

55％的铜，45％的镍以及少量的锰，钴,铁等元素。

该热电偶的使用温度为—200～900℃。

E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。

对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜用于湿度较高的环境。

E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜—康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户采用。

E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差。

（J型热电偶）铁—铜镍热电偶

铁—铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。

它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜,其名义化学成分为：

55％的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜，但不同于镍铬—康铜和铜—康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换。

铁—康铜热电偶的覆盖测量温区为—200～1200℃，但通常使用的温度范围为0～750℃

J型热电偶具有线性度好，热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点，广为用户所采用。

J型热电偶可用于真空,氧化,还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制,也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中.

（T型热电偶）铜-铜镍热电偶

铜—铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜—康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。

它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用,尽管它们都叫康铜，铜—铜镍热电偶的盖测量温区为-200～350℃.

T型热电偶具有线性度好,热电动势较大，灵敏度较高,稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用,稳定性更好,年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。

T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差,故使用温度上限受到限制。

普通型热电阻从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响.

2）铠装热电阻

铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2—-φ8mm，最小可达φmm.与普通型热电阻相比，它有下列优点:

①体积小，内部无空气隙,热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击;③能弯曲，便于安装④使用寿命长.

3）端面热电阻

端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

4）隔爆型热电阻

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等园响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。

隔爆型热电阻可用于Bla——B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是,热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。

因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表现，即

Rt=Rt0［1+α（t-t0）]

式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数.

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

Rt=AeB/t

式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差,非线性严重，测温范围只有—50～300℃左右,大量用于家电和汽车用温度检测和控制。

金属热电阻一般适用于—200~500℃范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛.

工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看,大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求:

尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）.

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：

铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好,具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系,温度线数大,适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。

中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100.其中Pt100和Cu50的应用最为广泛.

　工业上普遍需要测量各类电量与非电物理量,例如电流（AD）、电压（VD）、功率（WD）、频率（FD）、温度（TT）、重量（LD）、位置（PT）、压力、转速（RT）、角度等，都需要转换成可接收的直流模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。

这种将被测物理量转换成可传输直流电信号的设备称为变送器.工业上通常分为电量变送器（常见型号如：

GP/FP系列、S3/N3系列、STM3系列等）和非电量变送器。

　　变送器的传统输出直流电信号有0-5V、0-10V、1—5V、0—20mA、4-20mA等，目前最广泛采用的是用4～20mA电流来传输模拟量。

工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量.

　　采用电流信号的原因是不容易受干扰。

并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。

上限取20mA是因为防爆的要求：

20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯.下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：

正常工作时不会低于4mA,当传输线因故障断路,环路电流降为0。

常取2mA作为断线报警值。

　　电流型变送器将物理量转换成4～20mA电流输出,必然要有外电源为其供电.最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线,总共要接4根线，称之为四线制变送器。

当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，称之为三线制变送器.

　　其实大家可能注意到，4—20mA电流本身就可以为变送器供电，如图1C所示。

变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4～20mA之间根据传感器输出而变化。

显示仪表只需要串在电路中即可。

这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器.工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。

这使得两线制传感器的设计成为可能。

　　在工业应用中,测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。

两者之间距离可能数十至数百米。

按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元!

因此在实际使用中两线制传感器得到越来越多的应用

技术原理

　　1。

精度:

优于0。

5％；

　　2.非线性失真：

优于0.5％;

　　3。

额定工作电压：

+24V±20％,极限工作电压：

≤35V;

　　4.电源功耗：

静态4mA，动态时相等与环路电流,内部限制25mA+10%；

　　5.额定输入：

5A　．．．．．．1KA（38个规格）;

　　6.穿孔穿芯圆孔直径：

８、９、１２、２０、２５、３０mm；

　　7。

输出形式：

两线制DC4～20mA；

　　8.输出电流温漂系数：

≤50ppm/℃；

　　9。

响应时间：

≤100mS;

　　10。

输入/输出绝缘隔离强度:

〉AC3000V、1min、1mA；

　　11.输出负载电阻：

RL＝V+－10V／0。

02　（Ω）；

　　注:

（1）标准V+24V时负载阻抗为700Ω；

（2）RL＝250Ω转换１～５Ｖ的电阻＋两根传输线路总铜阻.

　　12.输入过载保护:

30倍1min;

　　13.输出过流限制保护：

内部限制25mA+10％；

　　注：

（1）国际标准输出过流限制保护：

内部限制25mA+10%；

（2）可按客户要求定制:

内部限制22mA+10%，24mA+10％。

　　14.两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：

TVS抑制冲击电流35A/20ms/1.5KW；

　　15。

两线端口设置有＋２４Ｖ电源反接保护；

　　16。

输出电流设置有长时间短路保护限制；内部限制25mA+10％；

　　17.工作环境：

—40℃－80℃，10%－90％RH；

　　18.贮存温度:

—50℃－85℃；

　　19。

执行标准：

GB/T13850－1998；

　　20.系列型号，规格，接线示意图，产品外形，产品照片，安全注意事项。

　　八.能举例说明某品牌工业级别的0.5级精度的电流变送器主要特点有哪些吗？

　　1。

专为电力自动化５０／６０Hz交流电流测量而设计的真有效值两线制变送器；

　　2.采用单匝穿孔穿芯式结构，将电流互感器和电流变送器两部分组合为一体化设计；

　　3。

具有6大全面保护功能：

（1）、输入过载保护；

（2）、输出过流限制保护；

　　（3）、输出电流长时间短路保护；

　　（4）、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护;

　　（5）、工作电源过压极限保护≤35V；

　　（6）、工作电源反接保护。

　　4。

两线制输出接线是当前模拟量串口中最先进的输出方式,具有6大优点；

（1）、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,可用非常便宜的更细的双绞线导线；

（2）、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般情况利用双绞线就能降低干扰;

　　（3）、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4—20mA两线制环路,接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1~5V）这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；

　　（4）、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等造成精度的差异；

　　（5）、将4mA用于零电平，使判断输送线开路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。

　　（6），在两线输出口容易增设防浪涌，防雷器件,有利于安全防雷防爆。

　　5。

原副边高度绝缘隔离；

　　6。

高可靠性,高稳定性,高性价比；

　　7.特别适用发电机、电动机、低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统。

　　8.超低功耗，单只静态时0.096W，满量程功耗为0.48W，输出电流内部限制功耗为0。

6W。

辨别真伪变送器

　　生产资料市场化以后，加剧激烈的竞争，真假优劣难辨,又因变送器是边缘学科，很多工程设计人员对此较陌生,有些厂家产品工业级别和民用商用级别指标混淆（工业级的价格是民用商用级的2-3倍）有些厂家产品用几角钱的LM324和LM431就可以做出一只变送器,不信的话您打开看看，你几百元买来的是不是用的LM324和LM431，这样的变送器送您,您敢不敢用呵!

　　笔者试以常用的0。

5级精度的电流电压变送器为例,从以下方法着手来辨别真假优劣。

（1）基准要稳,４mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机３分锺内４mA的零位漂移变化不超过4.000mA0.5％以内;（即3。

98—4。

02mA），负载250Ω上的压降为0。

995-1.005V,国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；

（2）内电路总计消耗电流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；

　　（3）当工作电压24.000V时，满量程20。

000mA时，满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化;变化不超过20.000mA0。

5%以内；

　　（4）当满量程20。

000mA时，负载250Ω时,满量程20。

000mA的读数不会因工作电压15。

000V—30.000V变化而变化;变化不超过20。

000mA0.5%以内；

　　（5）当原边过载时，输出电流不超过25。

000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电路的更遭殃；

　　（6）当工作电压24V接反时不得损坏变送器，必须有极性保护；

　　（7）当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位,不得损坏变送器；一般在两线之间并联1—2只TVS瞬态保护二极管1。

5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率1。

5KW—3KW;

　　（8）产品标示的线性度0.5％是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一目了然：

符合下述指标是真的线性度0。

5％。

　　原边输入为零时输出４mＡ正负0。

5%（3.98-4.02mA），负载250Ω上的压降为0.995—1.005V

　　原边输入10％时输出5。

6mＡ正负0.5%（5。

572-5。

628mA）负载250欧姆上的压降为1。

393—1。

407V

　　原边输入25％时输出8mＡ正负0.5%（7.96—8。

04mA）负载250Ω上的压降为1.990—2。

010V

　　原边输入50％时输出12mＡ正负0.5%（11。

94—12.06mA）负载250Ω上的压降为2.985—3。

015V

　　原边输入75%时输出16mＡ正负0.5％（15.92-16。

08mA）负载250Ω上的压降为3。

980-4.020V

　　原边输100％时输出20mＡ正负0。

5%（19。

90—20.10mA）负载250Ω上的压降为4。

975-5.025V

　　（9）原边输入过载时必须限流：

原边输入过载大于125%时输出过流限制25mＡ+10%（25.00—27。

50mA）负载250Ω上的压降为6。

250-6.875V；

　　（10）感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别:

在两线输出端口并一个交流50V指针式表头，用交流50V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目了然啦;

　　（11）有无极性保护的辨别：

用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口,总有一次Ω阻值无限大,就有极性保护;

　　（12）有无极输出电流长时间短路保护：

原边输入100％时或过载大于125%-200%时，将负载250Ω短路,测量短路保护限制是否在25mＡ+10%；

　　（13）工业级别和民用商用级别的辨别：

工业级别工作温度范围是—25度到＋７０度，温漂系数是每度变化１００ppm，即温度每度变化１度，精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,温漂系数是每度变化25０ppm，即温度每度变化１度,精度变化为万分之二点五；电流电压变送器的温漂系数可以用恒温箱或高低温箱来试验验证较繁琐.

　　上述13种方法同样可用与其它变送器真假优劣的辨别。

用途:

压力变送器主要用于测量气体、液体和蒸汽的压力、负压和绝对压力等参数，然后将其转换成4—20mA.DC信号输出.

压力变送器包括GP型（表压力）和AP型（绝对压力）两种类型。

GP和AP型与智能放大板结合,可构成智能型压力变送器，它可以通过符合HART协议的手操器相互通讯，进行设定和监控.GP型压力变送器的δ室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通，因此可用于测量表压力或负压.Ap型绝对压力变送器的δ室一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，它可以测量排气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力！

压力变送器工作原理

压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。

测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。

当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。

压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同,所不同的是低压室压力是大气压或真空。

A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。

微处理器控制变送器的工作。

另外，它进行传感器线性化.重置测量范围.工程单位换算、阻尼、开方，，传感器微调等运算,以及诊断和数字通信。

本微处理器中有16字节程序的RAM，并有三个16位计数器，其中之一执行A/D转换。

D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据,这些数据可用变送器软件修改。

数据贮存在EEPROM内，即使断电也保存完整。

数字通信线路为变送器提供一个与外部设备（如275型智能通信器或采用HART协议的控制系统）的连接接口.此线路检测叠加在4—20mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息。

通信的类型为移频键控FSK技术并依据BeII202标准。

温度变送器的工作原理热电偶或热电阻传感器将被测温度转变成电信号，再将该信号送入温度变送器的输入网络，该网络包含调零和

热电偶补偿等相关电路。

经调零后的信号输入到运算扩大器进行信号扩大，扩大的信号一路经V/I转变器计算处理后以

4－20mA直流电流输出;另一路经A/D转变器处理后到表头显示。

温度变送器的线性化电路有两种，均使用反馈方法.

对热电阻传感器，用正反馈方法校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。

温度变送器有两种显示方法。

LCD显示和LED显示。

前者是采用两线制方法输出，后者使用的是三线制方法输出。