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变送器

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中文名；变送器 外文名；transmitter 应 用；工业现场 类 型；电子设备

变送器是从传感器发展而来的，凡是能输出标准信号的传感器。标准信号是指物理量的形式和数量范围都符合国际标准的信号。由于直流信号具有不受线路中电感、电容及负载性质的影响，不存在相移问题等优点，所以国际电工委员会(IEC)将电流信号 4mA~20mA(DC)和电压信号 1V~5V(DC)确定为过程控制系统中模拟信号的统一标准。

组成原理

变送器是基于负反馈原理工作的，它主要由测量部分、放大器和反馈部分组成。

测量部分用于检测被测变量x，并将其转换成能被放大器接受的输入信号Zi(电压、电流、位移、作用力或力矩等信号)。反馈部分则把变送器的输出信号y转换成反馈信号Zf，再回送至输入端。Zi与调零信号Zo的代数和同反馈信号Zf进行比较，其差值ε送入放大器进行放大，并转换成标准输出信号y。

分类

1、变送器按输出信号类型可分为电流输出型和电压输出型两种。

(1)电压输出变送器具有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的阻抗很高，如果传输距离较远，微小的干扰信号电流在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压，所以远程传送的模拟电压信号的抗干扰能力较差。但适合于将同一信号送到并联的多个仪表上，且安装简单，拆装其中某个仪表不会影响其他仪表的工作，对输出级的耐压要求降低，从而提高了仪表的可靠性。电压信号的范围为1～5 V、0～10 v、一10～10 V，首先为1～5 V、0～10 V。

(2)电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC模拟量输入模块的输入为电流时，输入阻抗较低，线路上的干扰信号在模块上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适用于远程传输，在使用屏蔽电缆信号线时可达数百米。电流信号的标准为0～10 mA、0～20 mA、4～20 mA，首选为4～20 mA，0 mA通常被用作电路故障或电源故障指示信号。

电流信号传输与电压信号传输各有特点。电流信号适合于远距离传输，电压信号使仪表可采用“并联制”连接。因此在控制表系统中，进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪表间的联络采用电压信号，即连线的方式是电流传输、并联接收电压信号的方式。

变送器分为二线制和四线制两种。四线制变送器有两根电源线和两根信号线，对电流信号的零点几元件的功耗无严格要求。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线又是信号线，电流信号的下限不能为零，但二线制变送器的接线少，传送距离长，在工业中应用最为广泛。

2、根据所使用的能源不同，变送器分为气动变送器和电动变送器两种。

(1)气动变送器

气动变送器以干燥、洁净的压缩空气作为能源，它能将各种被测参数(如温度、压力、流量和液位等)变换成0．02～0.1IMPa的气压信号，以便传送给调节、显示等单元组合式仪表，供指示、记录或调节。气动变送器的结构比较简单，工作比较可靠，对电磁场、放射线及温度、湿度等环境影响的抗干扰能力较强，能防火、防爆，价格也比较便宜；缺点是响应速度较慢，传送距离受到限制，与计算机连接比较困难。

(2)电动变送器

电动变送器以电为能源，信号之间联系比较方便，适用于远距离传送，便于与电子计算机连接。近年来也可做到防爆以利安全使用。其缺点是投资一般较高，受温度、湿度、电磁场和放射线的干扰影响较大：电动变送器能将各种被测参数变换为0～10V或4～20mA(直流电流的统一标准信号)，以便传送给自动控制系统中的其他单元。

影响因素

电路中影响变送器精度的因素很多，主要的有以下几种。

(1)非线性元件的影响 常规的电压、电流变送器多为交流变换器(小互感器)，次级工频交流信号经过整流、滤波、稳压后获得最终的直流信号。由于整流二极管，它们是非线性器件，因此它的电压、电流曲线均存在非线性特征。

(2)变送器铁芯的影响常规变送器变换中均采用铁芯材料作为导磁介质。一方面由于铁磁材料所表现出来的非线性特征(磁化喵线的起始区和饱和区)，并非是一种理想的线性传输关系，因此必然会对变送器的精度产生影响。另一方面，由于铁磁材料的磁滞性，铁芯对变送器的精度也会产生影响。一般在工频范围内，常规的硅钢片滞后角度在0°～15°内变化，而这个滞后角度的存在相当于增加了无功功率的成分，由于常规功率变送器是把电压和电流信号通过乘法器运算得出功率，所以这个滞后角度也会影响到功率变送器的精度。

(3)运算放大器的影响 常规电量变送器大多由运算放大器组成，温度对运算放大器的工作影响很大，温度发生变化，“零”点漂移，使得工作点不稳定，直接影响了变送器的精度和可靠性。

(4)变送器整定值选取的影响 变送器的整定值虽然在选取时尽可能接近满值，但实际使用时变送器往往不能工作在线性区而造成误差。

(5)阻抗不匹配造成的误差影响

(6)系统不平衡的影响 常规变送器计算功率一般近似认为系统是平衡的，但实际上是不平衡的，系统的这种不平衡往往也对变送器的精度产生影响。

作用功能

变送器的作用是检测工艺参数并将测量值以特定的信号形式传送出去，以便进行显示、调节。

在自动检测和调节系统中的作用是将各种工艺参数如温度、压力、流量、液位、成分等物理量变换成统一标准信号，再传送到调节器和指示记录仪中，进行调节、指示和记录。

选型注意

变送器的选型通常根据安装条件、环境条件、仪表性能、经济性和应用介质等方面考虑。实际运用中分为直接测量和间接测量；其用途有过程测量、过程控制和装置联锁。常见的变送器有普通压力变送器、差压变送器、单法兰变送器、双法兰变送器、插入式法兰变送器等。

压力变送器和差压变送器单从名词上讲测量的是压力和两个压力的差，但它们间接测量的参数是有很多的。如压力变送器，除测量压力外，它还可以测量设备内的液位。在常压容器测量液位时，需用一台压变即可。当测量受压容器液位时，可用两台压变，即测量下限一台，测量上限一台，它们的输出信号可进行减法运算，即可测出液位，一般选用差压变送器。在容器内液位与压力值不变的情况下它还可以用来测量介质的密度。压力变送器的测量范围可以做的很宽，从绝压0开始可以到100MPa（一般情况）。

常见故障

1、安装时应使变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向，如果安装条件限制，则应安装固定后调整变送器零位到标准值。

2、残存的压力释放不出，因此传感器零位又下不来。排除此原因的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正常更换密封圈再试。

3、加压变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去。 产生此现象的原因极有可能是压力传感器密封圈引起的。

4、是否符合供电要求；电源与变送器及负载设备之间有无接线错误。如果变送器接线端子上无电压或极性接反均可造成变送器无电压信号输出。

5、压力传感器及变送器的外壳一般需接地，信号电缆线不得与动力电缆混合铺设，传感器及变送器周围应避免有强电磁干扰。传感器及变送器在使用中应按行业规定进行周期检定。

6、用户在选择压力传感器及变送器时，应充分了解压力测量系统的工况，根据需要合理选择，使系统工作在最佳状态，并可降低工程造价。

7、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。

8、压力变送器要求每周检查一次，每个月检验一次，主要是清除仪器内的灰尘，对电器元件认真检查，对输出的电流值要经常校对，压力变送器内部是弱电，一定要同外界强电隔开。

发展方向

常规的变送器无论怎样提高精度，但仍然克服不了它固有的工作特性，误差是不可避免的。计算机技术的飞速发展，为高性能变送器的研发、生产提供广阔的前景。单片机交流采样变送器具有很高的性价比，精度较高，工作稳定可靠，不用经常调校。

单片机交流采样变送器具有以下特点。

(1)采样周期和采样时机

1)采样周期的选择在电网中高次谐波分量不大的情况下，采样周期可选取8次、12次等低速率方式，这对单片机及其设备的要求较低，数据处理也简单；如果电网中高次谐波分量较大，这时就必须提高采样速率。

2)采样的时机选择特别是在低速率采样方式中，如果采样时机恰好在高次谐波的峰谷点，将对精度有很大的影响。所以，在器件和技术允许范围内，应尽量提高采样频率，这样对电网中的干扰影响起抑制作用。

(2)铁芯非线性补偿单片机交流采样变送器能实现分段对铁芯的非线性补偿。根据精度要求和铁芯本身的特性，对每个铁芯有一个相对应的补偿曲线，并且可以实现分段补偿。

(3)铁芯磁滞角度的补偿 由于单片机具有存储功能，铁芯的磁滞角补偿变得很简单。在对铁芯进行磁滞角测量后，把每个铁芯的磁滞角度存入单片机，通过程序作相移处理。这种补偿完全可理想化。

参考来源

PTL802F正负压差压变送器