各類變送器的特點

傳感器和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。本文簡單地介紹了各類變送器的特點,，以供使用者選用,。

　　一、一體化溫度變送器

　　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,、反接保護,、限流保護、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成,。測溫?zé)犭娮?span style="text-decoration:underline;">信號轉(zhuǎn)換放大后,，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關(guān)系進行補償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個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,、冷端補償,、放大單元、線性化處理,、V/I轉(zhuǎn)換,、斷偶處理、反接保護,、限流保護等電路單元組成,。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,，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)有斷電保護電路,。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時,，變送器會輸出值（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,、線性好,、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮,、有反接保護和限流保護,、工作可靠等優(yōu)點。

　　一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號,；可與微機系統(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。

　　二,、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,，以供給指示報警儀、記錄儀,、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量,、指示和過程調(diào)節(jié)。

　　壓力變送器的測量原理圖如圖3所示,。其測量原理是：流程壓力和參考壓力分別作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,。由于硅材料的強性,，所以輸出信號的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時,，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,，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～20MP3）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種,。

　　三,、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、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,，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護電路,，可使輸出電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護電源并使二次儀表不被損壞,。

　　2,、浮筒式液位變送器

　　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。它在工作時可以通過現(xiàn)場按鍵來進行常規(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)放大電路放大和補償電路補償,，以4～20mA或0～10mA電流方式輸出,。

　　四、電容式物位變送器

　　電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進行測量和控制生產(chǎn)過程,，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,，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)特原理進行測量的優(yōu)點是頻率較低,，對周圍元射頻干擾,、穩(wěn)定性好、線性好,、無明顯溫度漂移等,。

　　五、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，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,，從而使體積更孝重量更輕,、價格更便宜。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,。

　　六,、銻電極酸度變送器
　
　　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,，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

　　信號進行迭加后再差進轉(zhuǎn)換電路,，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。

　　七,、酸,、堿、鹽濃度變送器

　　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，如果忽略電極極化和分布電容,，則可以等效為一個純電阻,。在有恒壓交變電流流過時，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,、溫度補償、過載保護和電流轉(zhuǎn)換等單元組成,。

　　八,、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)兩個互相絕緣的電極組成電導(dǎo)池時，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,。

　　九,、智能變送器

　　智能式變送器是由傳感器和微處理器（微機）相結(jié)構(gòu)而成的。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力,，可對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理,，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、自動校正和自動補償?shù)取?/p>

　　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)進行計算,、存儲和數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié),，以使采集數(shù)據(jù)達到,。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：

　　1.具有自動補償能力,，可通過軟件對傳感器的非線性、溫漂,、時漂等進行自動補償,。

　　可自診斷，通電后可對傳感器進行自檢,，以檢查傳感器各部分是否正常,，并作出判斷。

　　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),，如進行統(tǒng)計處理,、去除異常數(shù)值等,。

　　2.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,，從而對測量過程進行調(diào)節(jié)和控制,。

　　可進行信息存儲和記憶，能存儲傳感器的特征數(shù)據(jù),、組態(tài)信息和補償特性等,。

　　3.具有數(shù)字量接口輸出功能，可將輸出的數(shù)字信號方便地和計算機或現(xiàn)場總線等連接,。