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變送器工作原理
變送器生產(chǎn)廠家
變送器是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成辨認(rèn)信號控制器（或傳感器輸入到電信號并放大信號源停止遠(yuǎn)程丈量和控制）的轉(zhuǎn)換器。傳感器和變送器共同構(gòu)成自動監(jiān)測信號源。不同的物理量需求不同的傳感器和變送器。有許多品種的傳感器，可用于工業(yè)控制儀器，如溫度變送器、壓力變送器、流質(zhì)變送器、電傳播感器、電壓傳感器等。
保護(hù)功能
變送器輸入過載保護(hù)；
輸出電流限制保護(hù)；
很長一段時(shí)間的短路保護(hù)輸出電流；
兩線端口瞬態(tài)感應(yīng)雷擊和浪涌電流抑制保護(hù)；
工作電源過壓保護(hù)極限等于或小于；
電源反接保護(hù)。
原理
變送器是中文名字，英文是：TRANSMITTER
顧名思義，變送器含有“變”和“送”之意。
所謂“變”，是指將各種從傳感器來的物理量，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N電信號。比如：利用熱電偶，將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?；利用電流互感器，將大電流轉(zhuǎn)換為小電流。由于電信號zui容易處理，所以，現(xiàn)代變送器，均將各種物理信號，轉(zhuǎn)變成電信號。因此，我們說的變送器，通常都變成了“電”。
所謂“送”，是指將各種已變成的電信號，為了便于其他儀表或控制裝置接收和傳送，又一次通過電子線路，將傳感器來的電信號，統(tǒng)一化（比如4-20MA）。方法是通過多個(gè)運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)。這種“變”+“送”，就組成了現(xiàn)代zui常用的變送器。
比如：SST3-AD 就是一種將電流互感器的輸出電流，轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的4-20MA的電流變送器；再比如：SST4-LD，可以將重量傳感器來的重量信號，轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的4-20MA的重量變送器。
優(yōu)劣辨別
生產(chǎn)資料市場化以后，加劇激烈的競爭， 變送器（圖3）真假優(yōu)劣難辨，又因變送器是邊緣學(xué)科，很多工程設(shè)計(jì)人員對此較陌生，有些廠家產(chǎn)品工業(yè)級別和民用商用級別指標(biāo)混淆（工業(yè)級的價(jià)格是民用商用級的2-3倍）。
以常用的0.5級精度的電流電壓變送器為例，從以下方法著手來辨別真假優(yōu)劣：
1、基準(zhǔn)要穩(wěn)，4mA是對應(yīng)的輸入零位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不穩(wěn)，談何精度線性度，冷開機(jī)3分鍾內(nèi)4mA的零位漂移變化不超過4.000mA0.5%以內(nèi)；（即3.98-4.02mA），負(fù)載250Ω上的壓降為0.995-1.005V，國外IC芯片多用昂貴的能隙基準(zhǔn)，溫漂系數(shù)每度變化10ppm；
2、內(nèi)電路總計(jì)消耗電流<4mA，加整定后等于4.000mA，而且有源整流濾波放大恒流電路不因原邊輸入變化而消耗電流也隨之變化，國外IC心片采用恒流供電；
3、當(dāng)工作電壓24.000V時(shí)，滿量程20.000mA時(shí)，滿量程20.000mA的讀數(shù)不會因負(fù)載0-700Ω變化而變化；變化不超過20.000mA0.5%以內(nèi)；
4、當(dāng)滿量程20.000mA時(shí)，負(fù)載250Ω時(shí)， 變送器（圖4）滿量程20.000mA的讀數(shù)不會因工作電壓15.000V-30.000V變化而變化；變化不超過20.000mA0.5%以內(nèi)；
5、當(dāng)原邊過載時(shí)，輸出電流不超過25.000mA+10%以內(nèi)，否則PLC/DCS內(nèi)供變送器用的24V工作電源和A/D輸入箝位電路因功耗過大而損壞，另外變送器內(nèi)的射隨輸出亦因功耗過大而損壞，無A/D輸入箝位電路的更遭殃；
6、當(dāng)工作電壓24V接反時(shí)不得損壞變送器，必須有極性保護(hù)；
7、當(dāng)兩線之間因感應(yīng)雷及感應(yīng)浪涌電壓超過24V時(shí)要箝位，不得損壞變送器；一般在兩線之間并聯(lián)1-2只TVS瞬態(tài)保護(hù)二極管1.5KE可抑制每20秒間隔一次的20毫秒脈寬的正反脈沖的沖擊，瞬態(tài)承受沖擊功率1.5KW-3KW；
8、產(chǎn)品標(biāo)示的線性度0.5%是絕對誤差還是相對誤差，可以按以下方法來辨別方可一目了然：符合下述指標(biāo)是真的線性度0.5%；
原邊輸入為零時(shí)輸出4mA正負(fù)0.5%（3.98-4.02mA）， 變送器（圖5）負(fù)載250Ω上的壓降為0.995-1.005V；
原邊輸入10%時(shí)輸出5.6mA正負(fù)0.5%（5.572-5.628mA）負(fù)載250歐姆上的壓降為1.393-1.407V；
原邊輸入25%時(shí)輸出8mA正負(fù)0.5%（7.96-8.04mA）負(fù)載250Ω上的壓降為1.990-2.010V；
原邊輸入50%時(shí)輸出12mA正負(fù)0.5%（11.94-12.06mA）負(fù)載250Ω上的壓降為2.985-3.015V；
原邊輸入75%時(shí)輸出16mA正負(fù)0.5%（15.92-16.08mA）負(fù)載250Ω上的壓降為3.980-4.020V；
原邊輸100%時(shí)輸出20mA正負(fù)0.5%（19.90-20.10mA）負(fù)載250Ω上的壓降為4.975-5.025V。
9、原邊輸入過載時(shí)必須限流： 變送器（圖6）原邊輸入過載大于125%時(shí)輸出過流限制25mA+10%（25.00-27.50mA）負(fù)載250Ω上的壓降為6.250-6.875V；
10、感應(yīng)浪涌電壓超過24V時(shí)有無箝位的辨別：在兩線輸出端口并一個(gè)交流50V指針式表頭，用交流50V接兩根線去瞬間碰一下兩線輸出端口，看有無箝位，箝位多少伏可一目了然啦；
11、有無極性保護(hù)的辨別：用指針式萬用表Ω乘10K檔正反測量兩線輸出端口，總有一次Ω阻值無限大，就有極性保護(hù)；
12、有無極輸出電流長時(shí)間短路保護(hù)：原邊輸入100%時(shí)或過載大于125%-200%時(shí)，將負(fù)載250Ω短路，測量短路保護(hù)限制是否在25mA+10%；
13、工業(yè)級別和民用商用級別的辨別：工業(yè)級別工作溫度范圍是-25度到+70度，溫漂系數(shù)是每度變化100ppm，即溫度每度變化1度，精度變化為萬分之一；民用商用級別工作溫度范圍是0度（或-10度）到+70度（或+50度），溫漂系數(shù)是每度變化250ppm，即溫度每度變化1度，精度變化為萬分之二點(diǎn)五；電流電壓變送器的溫漂系數(shù)可以用恒溫箱或高低溫箱來試驗(yàn)驗(yàn)證較繁瑣。
上述13種方法同樣可用與其它變送器真假優(yōu)劣的辨別。
常見故障
1、安裝時(shí)應(yīng)使變送器的壓力敏感件軸向垂直于重力方向， 變送器（圖7）如果安裝條件限制，則應(yīng)安裝固定后調(diào)整變送器零位到標(biāo)準(zhǔn)值。
2、殘存的壓力釋放不出，因此傳感器零位又下不來。排除此原因的zui佳方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正常更換密封圈再試。
3、加壓變送器輸出不變化，再加壓變送器輸出突然變化，泄壓變送器零位回不去。 產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因極有可能是密封圈引起的。
4、是否符合供電要求；電源與變送器及負(fù)載設(shè)備之間有無接線錯(cuò)誤。如果變送器接線端子上無電壓或極性接反均可造成變送器無電壓信號輸出。
5、壓力傳感器及變送器的外殼一般需接地，信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設(shè)，傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。傳感器及變送器在使用 變送器（圖8）中應(yīng)按行業(yè)規(guī)定進(jìn)行周期檢定。
6、用戶在選擇壓力傳感器及變送器時(shí)，應(yīng)充分了解壓力測量系統(tǒng)的工況，根據(jù)需要合理選擇，使系統(tǒng)工作在zui佳狀態(tài)，并可降低工程造價(jià)。
7、通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。
8、壓力變送器要求每周檢查一次，每個(gè)月檢驗(yàn)一次，主要是清除儀器內(nèi)的灰塵，對電器元件認(rèn)真檢查，對輸出的電流值要經(jīng)常校對，壓力變送器內(nèi)部是弱電，一定要同外界強(qiáng)電隔開。
種類特點(diǎn)
變送器的種類很多，用在工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器， 變送器（圖9）壓力變送器，流量變送器，電流變送器，電壓變送器等等。
變送器在儀器、儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。
壓力變送器
壓力變送器也稱差變送器，主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號，以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
壓力變送器測量原理是：流程壓力和參考壓力分別作 變送器（圖10）用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅μm級），以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強(qiáng)性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時(shí)，壓力變送器將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號，再經(jīng)過非線性校正，zui后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號。
壓力變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～20MPa）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種。
一體化溫度
一體化溫度變送器一般由測溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。
熱電阻溫度變送器是由基準(zhǔn)單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、 變送器（圖11）反接保護(hù)、限流保護(hù)、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測溫?zé)犭娮栊盘栟D(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個(gè)與被測溫度成線性關(guān)系的4～20mA的恒流信號。
熱電偶溫度變送器一般由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，zui后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時(shí)，變送器會輸出zui大值（28mA）以使儀表切斷電源。
一體化溫度變送器具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省引線、輸出信號大、抗干擾能力強(qiáng)、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護(hù)和限流保護(hù)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號；可與微機(jī)系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。
液位變送器
1、浮球式液位變送器
浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、 變送器（圖12）電子單元、接線盒及安裝件組成。
一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20mA或其它標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護(hù)電路，可使輸出zui大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護(hù)電源并使二次儀表不被損壞。
2、浮簡式液位變送器
浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計(jì)的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時(shí)可以通過現(xiàn)場按鍵來進(jìn)行常規(guī)的設(shè)定操作
3、靜壓或液位變送器
該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，zui后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。
物位變送器
電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行測量和控制生產(chǎn)過程， 變送器（圖13）主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測量和指示。
電容式液位變送器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時(shí)，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是頻率較低，對周圍元射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。
超聲波變送器
超聲波變送器分為一般超聲波變送器（無表頭）和一體化超聲波變送器兩類，一體化超聲波變送器較為常用。
一體化超聲波變更新器由表頭（如LCD顯示器）和探頭兩部分組成， 變送器（圖14）這種直接輸出4～20mA信號的變送器是將小型化的敏感元件（探頭）和電子電路組裝在一起，從而使體積更小、重量更輕、價(jià)格更便宜。超聲波變送器可用于液位。物位的測量和開渠、明渠等流量測量，并可用于測量距離。
銻電極酸度
銻電極酸度變送器是集PH檢測、自動清洗、電信號轉(zhuǎn)換為一體的工業(yè)在線分析儀表，它是由銻電極與參考電極組成的PH值測量系統(tǒng)。在被測酸性溶液中，由于銻電極表面會生成三氧化二銻氧化層，這樣在金屬銻面與三氧化二銻之間會形成電位差。該電位差的大小取決于三所氧化二銻的濃度，該濃度與被測酸性溶液中氫離子的適度相對應(yīng)。如果把銻、三氧化二銻和水溶液的適度都當(dāng)作1，其電極電位就可用能斯特公式計(jì)算出來。
銻電極酸度變送器中的固體模塊電路由兩大部分組成。為了現(xiàn)場作用的安全起見，電源部分采用交流24V為二次儀表供電。這一電源除為清洗電機(jī)提供驅(qū)動電源外，還應(yīng)通過電流轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓，以供變送電路使用。第二部分是測量變送器電路， 變送器（圖15）它把來自傳感器的基準(zhǔn)信號和PH酸度信號經(jīng)放大后送給斜率調(diào)整和定位調(diào)整電路，以使信號內(nèi)阻降低并可調(diào)節(jié)。將放大后的PH信號與溫度被償
信號進(jìn)行迭加后再差進(jìn)轉(zhuǎn)換電路，zui后輸出與PH值相對應(yīng)的4～20mA恒流電流信號給二次儀表以完成顯示并控制PH值。
濃度
酸、堿、鹽濃度變送器通過測量溶液電導(dǎo)值來確定濃度。它可以在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中酸、堿、鹽在水溶液中的濃度含量。這種變送器主要應(yīng)用于鍋爐給水處理、化工溶液的配制以及環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)過程。
酸、堿、鹽濃度變送器的工作原理是：在一定的范圍內(nèi)，酸堿溶液的濃度與其電導(dǎo)率的大小成比例。因而，只要測出溶液電導(dǎo)率的大小變可得知酸堿濃度的高低。當(dāng)被測溶液流入專用電導(dǎo)池時(shí)，如果忽略電極極化和分布電容，則可以等效為一個(gè)純電阻。在有恒壓交變電流流過時(shí)， 變送器（圖16）其輸出電流與電導(dǎo)率成線性關(guān)系，而電導(dǎo)率又與溶液中酸、堿濃度成比例關(guān)系。因此只要測出溶液電流，便可算出酸、堿、鹽的濃度。
酸、堿、鹽濃度變送器主要由電導(dǎo)池、電子模塊、顯示表頭和殼體組成。電子模塊電路則由激勵電源、電導(dǎo)池、電導(dǎo)放大器、相敏整流器、解調(diào)器、溫度補(bǔ)償、過載保護(hù)和電流轉(zhuǎn)換等單元組成。
電導(dǎo)變送器
它是通過測量溶液的電導(dǎo)值來間接測量離子濃度的流程儀表（一體化變送器），可在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中水溶液的電導(dǎo)率。
由于電解質(zhì)溶液與金屬導(dǎo)體一樣的電的良導(dǎo)體，因此電流流過電解質(zhì)溶液時(shí)必有電阻作用，且符合歐姆定律。但液體的電阻溫度特性與金屬導(dǎo)體相反，具有負(fù)向溫度特性。為區(qū)別于金屬導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力用電導(dǎo)（電阻的倒數(shù)）或電導(dǎo)率（電阻率的倒數(shù)）來表示。當(dāng)兩個(gè)互相絕緣的電極組成電導(dǎo)池時(shí)，若在其中間放置待測溶液，并通以恒壓交變電流，就形成了電流回路。如果將電壓大小和電極尺寸固定，則回路電流與電導(dǎo)率就存在一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，測了待測溶液中流過的電流，就能測出待測溶液的電導(dǎo)率。
電導(dǎo)變送器的結(jié)構(gòu)和電路與酸、堿、鹽濃度變送器相同。
智能變送器
智能式變送器是由傳感器和微處理器（微機(jī)）相結(jié)構(gòu)而成的。 變送器（圖17）它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲能力，可對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對測量信號的調(diào)理（如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)顯示、自動校正和自動補(bǔ)償?shù)取?/div>
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微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲和數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使采集數(shù)據(jù)達(dá)到zui佳。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務(wù)。所以智能式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。另外，智能式變送器還具有以下特點(diǎn)：
1、具有自動補(bǔ)償能力，可通過軟件對傳感器的非線性、溫漂、時(shí)漂等進(jìn)行自動補(bǔ)償；
2、可自診斷，通電后可對傳感器進(jìn)行自檢，以檢查傳感器各部分是否正常，并作出判斷；
3、數(shù)據(jù)處理方便準(zhǔn)確，可根據(jù)內(nèi)部程序自動處理數(shù)據(jù)， 變送器（圖18）如進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、去除異常數(shù)值等；
4、具有雙向通信功能。微處理器不但可以接收和處理傳感器數(shù)據(jù)，還可將信息反饋至傳感器，從而對測量過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；
5、可進(jìn)行信息存儲和記憶，能存儲傳感器的特征數(shù)據(jù)、組態(tài)信息和補(bǔ)償特性等；
6、具有數(shù)字量接口輸出功能，可將輸出的數(shù)字信號方便地和計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場總線等連接。[1]
兩線制變送器
兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表僅用兩根導(dǎo)線，這兩根線既是電源線，又是信號線。
兩線制與三線制（一根正電源線，兩根信號線，其中一根共GND) 和四線制（兩根正負(fù)電源線，兩根信號線，其中一根共GND）相比，測量精度較低。
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件， 變送器（圖19）通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。
線制的分類：
二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合；
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(yè)過程控制中的zui常用的；
四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。
熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電 變送器（圖20）阻引起的測量誤差。這是因?yàn)闇y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(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)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(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余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(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。
兩線制優(yōu)點(diǎn)：
1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線；可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用；
2、在電流源輸出電阻足夠大時(shí)，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因?yàn)楦蓴_源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；三線制與四線制必須用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。
3、電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對于4～20mA兩線制環(huán)路，接收器電阻通常為250Ω（取樣Uout=1～5V）這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠(yuǎn)；
4、各個(gè)單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進(jìn)行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異，實(shí)現(xiàn)分散采集，分散式采集的好處就是：分散采集，集中控制....
5、將4mA用于零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞（0mA狀態(tài)）十分方便。
6、在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。
三線制和四線制變送器均不具上述優(yōu)點(diǎn)即將被兩線制變送器所取代， 不同種類的變送器(24張)從國外的行業(yè)動態(tài)及變送器芯片供求量即可略知一斑，電流變送器在使用時(shí)要安裝在現(xiàn)場設(shè)備的動力線上，而以單片機(jī)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)則位于較遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場的監(jiān)控室里，兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠(yuǎn)。設(shè)備現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，強(qiáng)電信號會產(chǎn)生各種電磁干擾，雷電感應(yīng)會產(chǎn)生強(qiáng)浪涌脈沖，在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中遇到的一個(gè)棘手問題就是如何在惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)距離可靠地傳送微小信號。
兩線制電流變送器的輸出為4～20mA，通過250Ω的精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5V或2-10V的模擬電壓信號.轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號有多種方法，如果系統(tǒng)是在環(huán)境較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場長期使用，因此需考慮硬件系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。系統(tǒng)的輸入模塊采用壓頻轉(zhuǎn)換器件LM231將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，用光電耦合器件TL117進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的隔離。
同時(shí)模擬信號處理電路與數(shù)字信號處理電路分別使用兩組獨(dú)立的電源，模擬地與數(shù)字地相互分開，這樣可提高系統(tǒng)工作的安全性。利用壓頻轉(zhuǎn)換器件LM231也有一定的抗高頻干擾的作用。
在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場合，都要使用變送器來將單片機(jī)不能直接測量的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的電模擬信號，如電流變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。
早期的變送器大多為電壓輸出型，即將測量信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出，這是運(yùn)放直接輸出，信號功率<0.05W，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號供單片機(jī)讀取、控制。但在信號需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制，暴露了抗干擾能力較差，線路損耗破壞了精度等等等缺點(diǎn)，而兩線制電流輸出型變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應(yīng)用。
電壓輸出型變送器抗干擾能力極差，線路損耗的破壞，談不上精度有多高，有時(shí)輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會損壞設(shè)備，輸出0－5V絕對不能遠(yuǎn)傳，遠(yuǎn)傳后線路壓降大，精確度大打折扣，很多的ADC,PLC,DCS的輸入信號端口都作成兩線制電流輸出型變送器4-20mA的，證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。
發(fā)展趨勢
壓力變送器的技術(shù)發(fā)展：
壓力、差壓變送器是過程變量變送器中zui重要的一類，應(yīng)用范圍很廣，除了可用于壓力、差壓測量之外，還可用于流量、液位、比重等其他參數(shù)測量。一條5000t/d的水泥生產(chǎn)線，在工藝流程各關(guān)鍵部位必須設(shè)置壓力變送器，如在窯頭、窯尾，各級預(yù)熱器的頂部和底部，各次風(fēng)管和冷卻機(jī)各室等，以監(jiān)控工藝正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條新型干法水泥生產(chǎn)線共需設(shè)置壓力變送器約為80臺。
壓力變送器按測量機(jī)理來分，zui常用的有電容式、電感式、擴(kuò)散硅、振弦式等。除了用于測窯頭負(fù)壓的DR型微差壓變送器的精確度是0.5%以外，其余大多是0.25%，它的特點(diǎn)是采用4mA～20mA傳輸?shù)哪M儀表，就地顯示表頭為指針式，量程比在6：1左右，穩(wěn)定性為6個(gè)月，這是*代模擬式變送器。第二代產(chǎn)品是智能變送器，所謂智能的概念是：傳感器和變送器是由微處理器驅(qū)動，并且具有通信與自我診斷的能力。智能壓力變送器除了有高精確度（0.1%～0.075%），大量程比（zui大可到100：1）和高穩(wěn)定性（1～5年）外，它一般帶有HART協(xié)議或生產(chǎn)公司的協(xié)議，后期的產(chǎn)品還帶有符合現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的FF或PROFIBUS-PA協(xié)議，它就地顯示表改為數(shù)字式，還可用手操器或在控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程組態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或遠(yuǎn)方修改變送器組態(tài)數(shù)據(jù)。
進(jìn)入21世紀(jì)，第三代變送器——數(shù)字智能式變送器又逐步進(jìn)入人們的視野。第三代變送器由于采用了先進(jìn)的檢測技術(shù)，消除了濕氣、粉塵及其他現(xiàn)場惡劣環(huán)境對變送器測量的影響，精確度更高，據(jù)稱它的精確度均優(yōu)于0.05%；量程分檔更細(xì)，量程比擴(kuò)大到200?1；穩(wěn)定性達(dá)到5年以上；通訊協(xié)議更全，新的變送器還通過了安全論證，能保證在工藝條件超過臨界值時(shí)安全停機(jī)。由于第二代變送器已能滿足水泥廠監(jiān)控要求，且第三代變送器價(jià)格還較高，故筆者認(rèn)為在水泥廠暫不宜推廣。
智能溫度變送器的技術(shù)發(fā)展：
溫度也是過程變量變送器中很重要的一類，它是測量流量、密度及其他過程變量的基本要素之一。一條5000t/d的水泥生產(chǎn)線，在工藝流程及重要設(shè)備的關(guān)鍵部位必須設(shè)置溫度變送器，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條新型干法水泥生產(chǎn)線共需設(shè)置壓力變送器約為80～100臺。
基于在溫度測量的發(fā)展上已取得了巨大進(jìn)步，它也促進(jìn)了在過程控制工業(yè)領(lǐng)域中溫度變送器精確度、可靠性和重復(fù)性的提高，同時(shí)也為過程控制質(zhì)量的不斷提高做出了貢獻(xiàn)。
所謂智能溫度變送器指的是將溫度傳感器技術(shù)和附加的電子部件結(jié)合在一起的一種溫度變送器，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或遠(yuǎn)方修改組態(tài)數(shù)據(jù)?？v觀當(dāng)前的溫度變送器市場及水泥行業(yè)的應(yīng)用，主要有三大類不同的智能溫度變送器產(chǎn)品。從應(yīng)用和成本的角度來看，每一類智能溫度變送器都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。
1、防風(fēng)雨型溫度變送器這類溫度變送器通常裝在對變送器性能有很高要求、苛刻的應(yīng)用場合，如在窯尾、分解爐、五級預(yù)熱器等。這類溫度變送器被封裝在密封的殼體內(nèi)，而這種殼體通常由不銹鋼制成，其特點(diǎn)是精確度高、可靠性高、安全性好、防風(fēng)雨，它的主要缺點(diǎn)是價(jià)格較高。它通常都帶有現(xiàn)場表頭，可現(xiàn)場監(jiān)視、調(diào)整和組態(tài)。
2、DIN導(dǎo)軌安裝、儀表盤安裝型溫度變送器這類溫度變送器可以采用DIN導(dǎo)軌安裝，通常在控制室內(nèi)安裝使用。它價(jià)格便宜，安裝和維護(hù)簡單，可以通過改變組態(tài)來匹配不同類型的溫度傳感器。由于同遠(yuǎn)程安裝的傳感器之間的連接導(dǎo)線較長導(dǎo)致測量精確度較低。在水泥廠磨系統(tǒng)可推薦使用這類溫度變送器。
3、一體化溫度變送器這類溫度變送器可以直接安裝在溫度傳感器的DIN連接頭上，它的優(yōu)點(diǎn)是安裝費(fèi)用低廉，體積小巧，兼容各種類型的溫度傳感器。由于這種溫度變送器直接安裝在溫度傳感器的接頭上，所以電氣連接和傳感器接線都非常簡單。水泥廠的窯系統(tǒng)除要求高的部位外，可采用一體化溫度變送器，磨系統(tǒng)也可選用。
智能溫度變送器所采用的通訊協(xié)議和壓力變送器一樣，處于支配地位是HART協(xié)議，另外還帶有符合現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的產(chǎn)品。
過程變量變送器的技術(shù)發(fā)展：
當(dāng)前過程變量變送器主要發(fā)展趨勢是無線應(yīng)用、更小的外形尺寸及多變量過程變送器的應(yīng)用。由于有些水泥大集團(tuán)局部輔助流程已采用了無線技術(shù)，無線變送器也將受到我國水泥行業(yè)的關(guān)注。將無線功能加到過程變量變送器是物有所值，考慮到有些水泥廠占有的物理空間很大，有些工藝測量的位置難于安裝，而有些工藝測量點(diǎn)環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)的硬連線安裝器件成本又過高，如果消除過程變量變送器和控制電路之間連接，改用無線通訊能夠節(jié)約能源，減少配線和維護(hù)費(fèi)用，故將無線功能加到過程變量變送器是物有所值。
在新型干法水泥生產(chǎn)線中，過程變量變送器作為監(jiān)控的眼睛是非常重要的，它精確度、可靠性、穩(wěn)定性、安全性的提高，為過程控制質(zhì)量和zui終產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高做出了貢獻(xiàn)。
選型注意
在諸類儀表中，變送器的應(yīng)用zui廣泛、zui普遍，變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器。變送器常用來測量壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。變送器有兩線制和四線制之分，兩線制變送器尤多；有智能和非智能之分，智能變送器漸多；有氣動和電動之分，電動變送器居多；另外，按應(yīng)用場合有本安型和隔爆型之分；按應(yīng)用工況變送器的主要種類如下：
低（微）壓/低差壓變送器；
中壓/中差壓變送器；
高壓/高差壓變送器；
絕壓/真空/負(fù)壓差壓變送器；
高溫/壓力、差壓變送器；
耐腐蝕/壓力、差壓變送器；
易結(jié)晶/壓力、差壓變送器。
變送器的選型通常根據(jù)安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能、經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用介質(zhì)等方面考慮。實(shí)際運(yùn)用中分為直接測量和間接測量；其用途有過程測量、過程控制和裝置聯(lián)鎖。常見的變送器有普通壓力變送器、差壓變送器、單法蘭變送器、雙法蘭變送器、插入式法蘭變送器等。
壓力變送器和差壓變送器單從名詞上講測量的是壓力和兩個(gè)壓力的差，但它們間接測量的參數(shù)是有很多的。如壓力變送器，除測量壓力外，它還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器測量液位時(shí)，需用一臺壓變即可。當(dāng)測量受壓容器液位時(shí)，可用兩臺壓變，即測量下限一臺，測量上限一臺，它們的輸出信號可進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測出液位，一般選用差壓變送器。在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下它還可以用來測量介質(zhì)的密度。壓力變送器的測量范圍可以做的很寬，從絕壓0開始可以到100MPa（一般情況）。
選型原則：
在壓力/差壓變送器的選用上主要依據(jù)：以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn)，以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。如被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強(qiáng)腐蝕的場合，必須選用隔離型變送器。
在選型時(shí)要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕，一定要選好膜盒材質(zhì)，否則使用后很短時(shí)間就會將外膜片腐蝕壞，法蘭也會被腐蝕壞造成設(shè)備和人身事故，所以材質(zhì)選擇非常重要。變送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼、鉭膜盒材質(zhì)等。
在選型時(shí)要考慮被測介質(zhì)的溫度，如果溫度高一般為200℃~400℃，要選用高溫型，否則硅油會產(chǎn)生汽化膨脹，使測量不準(zhǔn)。
在選型時(shí)要考慮設(shè)備工作壓力等級，變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。從經(jīng)濟(jì)角度上講，外膜盒及插入部分材質(zhì)比較合適，但連接法蘭可以選用碳鋼、鍍鉻，這樣會節(jié)約很多資金。
隔離型壓力變送器選用zui好是選用螺紋連接形式的，這樣既節(jié)約資金安裝又方便。
對于普通壓力和差壓變送器選型，也要考慮被測介質(zhì)的腐蝕性問題，但使用的介質(zhì)溫度可以不考慮，因?yàn)槠胀ㄐ蛪鹤兪且龎旱奖韮?nèi)，長期工作溫度為常溫，但普通型使用的維護(hù)量要比隔離型大。首先是保溫問題，在北方冬季零下，導(dǎo)壓管會結(jié)冰，變送器無法工作甚至損壞，這就需要增加伴熱和保溫箱等。
從經(jīng)濟(jì)角度上來講，選用變送器時(shí)，只要不是易結(jié)晶介質(zhì)都可以采用普通型變送器，而且對于低壓易結(jié)晶介質(zhì)也可以加吹掃介質(zhì)來間接測量（只要工藝允許用吹掃液或氣），應(yīng)用普通型變送器就是要求維護(hù)人員多進(jìn)行定時(shí)檢查，包括各種導(dǎo)壓管是否泄漏、吹掃介質(zhì)是否正常、保溫是否良好等，只要維護(hù)好，大量使用普通型變送器一次性投資會節(jié)約很多。
從選用變送器測量范圍上來說，一般變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍，zui好將使用的量程范圍設(shè)在它量程的1/4~3/4段，這樣精度會有保證，對于微差壓變送器來說更是重要。實(shí)踐中有些應(yīng)用場合（液位測量）需要對變送器的測量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計(jì)算出測量范圍和遷移量，遷移有正遷移和負(fù)遷移之分。
差壓變送器根據(jù)以下幾點(diǎn)選型：
1、測量范圍、需要的精度及測量功能；
2、測量儀表面對的環(huán)境，如石油化工的工業(yè)環(huán)境，有可燃（有毒）和爆炸危險(xiǎn)氣氛的存在，有較高的環(huán)境溫度等；
3、被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、粘稠、易凝固結(jié)晶和氣化等工況；
4、操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化。有時(shí)還要考慮到從開車到參數(shù)達(dá)到正常生產(chǎn)時(shí)，氣相和液相濃度和密度的變化；
5、被測對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及各種進(jìn)出口料管口都要考慮，如塔、溶液槽、反應(yīng)器、鍋爐汽包、立罐、球罐等；
6、其他要求，如環(huán)保及衛(wèi)生等要求；
7、工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，要求盡可能地減少品種規(guī)格，減少備品備件，以利管理；
8、工藝專利商的具體要求。
9、實(shí)際的工藝情況：
1）考慮被測對象是屬于哪一類設(shè)備。如槽、罐類，槽的容積較小，測量范圍不會太大，罐的容積較大，測量范圍可能較大；
2）要看介質(zhì)的物化性質(zhì)及潔凈程度，首選常規(guī)的差壓式變送器及浮筒式液位變送器，還要對接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)進(jìn)行選擇；
3）對有些懸浮物、泡沫等介質(zhì)可用單法蘭式差壓變送器。有些易析出、易結(jié)晶的用插入式雙法蘭式差壓變送器；
4）對高黏度的介質(zhì)的液位及高壓設(shè)備的液位，由于設(shè)備無法開孔，可選用放射液位計(jì)來測量；[4]
5）除了測量方法上和技術(shù)上問題外，還有儀表投資問題。
綜上所述，變送器的選型，從技術(shù)上要可行，經(jīng)濟(jì)上要合理，管理上要方便。
選購原則
1.安裝時(shí)應(yīng)使變送器的壓力敏感件軸向垂直于重力方向，如果安裝條件限制，則應(yīng)安裝固定后調(diào)整變送器零位到標(biāo)準(zhǔn)值。[5] 2.殘存的壓力釋放不出，因此傳感器零位又下不來。排除此原因的zui佳方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正常更換密封圈再試。
3.加壓變送器輸出不變化，再加壓變送器輸出突然變化，泄壓變送器零位回不去。 產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因極有可能是壓力傳感器密封圈引起的
4.是否符合供電要求；電源與變送器及負(fù)載設(shè)備之間有無接線錯(cuò)誤。如果變送器接線端子上無電壓或極性接反均可造成變送器無電壓信號輸出。
5.壓力傳感器及變送器的外殼一般需接地，信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設(shè)，傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。傳感器及變送器在使用中應(yīng)按行業(yè)規(guī)定進(jìn)行周期檢定。
6.用戶在選擇壓力傳感器及變送器時(shí)，應(yīng)充分了解壓力測量系統(tǒng)的工況，根據(jù)需要合理選擇，使系統(tǒng)工作在zui佳狀態(tài)，并可降低工程造價(jià)。
7.通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。
8.壓力變送器要求每周檢查一次，每個(gè)月檢驗(yàn)一次，主要是清除儀器內(nèi)的灰塵，對電器元件認(rèn)真檢查，對輸出的電流值要經(jīng)常校對，壓力變送器內(nèi)部是弱電，一定要同外界強(qiáng)電隔開。
壓縮
變送器的密封圈被壓縮到傳感器引壓口里面堵塞傳感器，加壓時(shí)壓力介質(zhì)進(jìn)不去，但是壓力很大時(shí)突然沖開密封圈，壓力傳感器受到壓力而變化，而壓力再次降低時(shí)，密封圈又回位堵住引壓口，殘存的壓力釋放不出，因此傳感器零位又下不來。排除此原因的zui佳方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常。
變送器通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。
變送器要檢查敏感部件隔離膜片有無變形，破損和漏油現(xiàn)象發(fā)生。拆下補(bǔ)償板，不取出敏感部件，檢查插針對殼體的絕緣電阻，在電壓不超過100V的情況下，絕緣電阻不應(yīng)小于100MΩ。接通電路和氣路，當(dāng)壓力信號為量程上限值時(shí)，關(guān)閉氣源，輸出電壓和讀數(shù)值應(yīng)穩(wěn)定不動。如果輸出電壓下降，則說明變送器有泄漏，可用肥皂水檢查出泄漏部位。
變送器的另外一個(gè)是溫度補(bǔ)償范圍，正常工作溫度范圍是指變送器在工作狀態(tài)下不被破壞的時(shí)候的溫度范圍，在超出溫度補(bǔ)償范圍時(shí)可能會達(dá)不到其應(yīng)用的性能指標(biāo)。溫度補(bǔ)償范圍是一個(gè)比工作溫度范圍小的典型范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)工作變送器肯定會達(dá)到其應(yīng)有的性能指標(biāo)。溫度變從兩方面影響著其輸出。
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