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變送器

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中文名；變送器 外文名；transmitter 應 用；工業現場 類 型；電子設備

變送器是從傳感器發展而來的，凡是能輸出標準信號的傳感器。標準信號是指物理量的形式和數量範圍都符合國際標準的信號。由於直流信號具有不受線路中電感、電容及負載性質的影響，不存在相移問題等優點，所以國際電工委員會(IEC)將電流信號 4mA~20mA(DC)和電壓信號 1V~5V(DC)確定為過程控制系統中模擬信號的統一標準。

組成原理

變送器是基於負反饋原理工作的，它主要由測量部分、放大器和反饋部分組成。

測量部分用於檢測被測變量x，並將其轉換成能被放大器接受的輸入信號Zi(電壓、電流、位移、作用力或力矩等信號)。反饋部分則把變送器的輸出信號y轉換成反饋信號Zf，再回送至輸入端。Zi與調零信號Zo的代數和同反饋信號Zf進行比較，其差值ε送入放大器進行放大，並轉換成標準輸出信號y。

分類

1、變送器按輸出信號類型可分為電流輸出型和電壓輸出型兩種。

(1)電壓輸出變送器具有恆壓源的性質，PLC模擬量輸入模塊的電壓輸入端的阻抗很高，如果傳輸距離較遠，微小的干擾信號電流在模塊的輸入阻抗上將產生較高的干擾電壓，所以遠程傳送的模擬電壓信號的抗干擾能力較差。但適合於將同一信號送到並聯的多個儀表上，且安裝簡單，拆裝其中某個儀表不會影響其他儀表的工作，對輸出級的耐壓要求降低，從而提高了儀表的可靠性。電壓信號的範圍為1～5 V、0～10 v、一10～10 V，首先為1～5 V、0～10 V。

(2)電流輸出型變送器具有恆流源的性質，恆流源的內阻很大。PLC模擬量輸入模塊的輸入為電流時，輸入阻抗較低，線路上的干擾信號在模塊上產生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適用於遠程傳輸，在使用屏蔽電纜信號線時可達數百米。電流信號的標準為0～10 mA、0～20 mA、4～20 mA，首選為4～20 mA，0 mA通常被用作電路故障或電源故障指示信號。

電流信號傳輸與電壓信號傳輸各有特點。電流信號適合於遠距離傳輸，電壓信號使儀表可採用「並聯制」連接。因此在控制表系統中，進出控制室的傳輸信號採用電流信號，控制室內部各儀表間的聯絡採用電壓信號，即連線的方式是電流傳輸、並聯接收電壓信號的方式。

變送器分為二線制和四線制兩種。四線制變送器有兩根電源線和兩根信號線，對電流信號的零點幾元件的功耗無嚴格要求。二線制變送器只有兩根外部接線，它們既是電源線又是信號線，電流信號的下限不能為零，但二線制變送器的接線少，傳送距離長，在工業中應用最為廣泛。

2、根據所使用的能源不同，變送器分為氣動變送器和電動變送器兩種。

(1)氣動變送器

氣動變送器以乾燥、潔淨的壓縮空氣作為能源，它能將各種被測參數(如溫度、壓力、流量和液位等)變換成0．02～0.1IMPa的氣壓信號，以便傳送給調節、顯示等單元組合式儀表，供指示、記錄或調節。氣動變送器的結構比較簡單，工作比較可靠，對電磁場、放射線及溫度、濕度等環境影響的抗干擾能力較強，能防火、防爆，價格也比較便宜；缺點是響應速度較慢，傳送距離受到限制，與計算機連接比較困難。

(2)電動變送器

電動變送器以電為能源，信號之間聯繫比較方便，適用於遠距離傳送，便於與電子計算機連接。近年來也可做到防爆以利安全使用。其缺點是投資一般較高，受溫度、濕度、電磁場和放射線的干擾影響較大：電動變送器能將各種被測參數變換為0～10V或4～20mA(直流電流的統一標準信號)，以便傳送給自動控制系統中的其他單元。

影響因素

電路中影響變送器精度的因素很多，主要的有以下幾種。

(1)非線性元件的影響 常規的電壓、電流變送器多為交流變換器(小互感器)，次級工頻交流信號經過整流、濾波、穩壓後獲得最終的直流信號。由於整流二極管，它們是非線性器件，因此它的電壓、電流曲線均存在非線性特徵。

(2)變送器鐵芯的影響常規變送器變換中均採用鐵芯材料作為導磁介質。一方面由於鐵磁材料所表現出來的非線性特徵(磁化喵線的起始區和飽和區)，並非是一種理想的線性傳輸關係，因此必然會對變送器的精度產生影響。另一方面，由於鐵磁材料的磁滯性，鐵芯對變送器的精度也會產生影響。一般在工頻範圍內，常規的硅鋼片滯后角度在0°～15°內變化，而這個滯后角度的存在相當於增加了無功功率的成分，由於常規功率變送器是把電壓和電流信號通過乘法器運算得出功率，所以這個滯后角度也會影響到功率變送器的精度。

(3)運算放大器的影響 常規電量變送器大多由運算放大器組成，溫度對運算放大器的工作影響很大，溫度發生變化，「零」點漂移，使得工作點不穩定，直接影響了變送器的精度和可靠性。

(4)變送器整定值選取的影響 變送器的整定值雖然在選取時儘可能接近滿值，但實際使用時變送器往往不能工作在線性區而造成誤差。

(5)阻抗不匹配造成的誤差影響

(6)系統不平衡的影響 常規變送器計算功率一般近似認為系統是平衡的，但實際上是不平衡的，系統的這種不平衡往往也對變送器的精度產生影響。

作用功能

變送器的作用是檢測工藝參數並將測量值以特定的信號形式傳送出去，以便進行顯示、調節。

在自動檢測和調節系統中的作用是將各種工藝參數如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量變換成統一標準信號，再傳送到調節器和指示記錄儀中，進行調節、指示和記錄。

選型注意

變送器的選型通常根據安裝條件、環境條件、儀表性能、經濟性和應用介質等方面考慮。實際運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壓力的差，但它們間接測量的參數是有很多的。如壓力變送器，除測量壓力外，它還可以測量設備內的液位。在常壓容器測量液位時，需用一台壓變即可。當測量受壓容器液位時，可用兩台壓變，即測量下限一台，測量上限一台，它們的輸出信號可進行減法運算，即可測出液位，一般選用差壓變送器。在容器內液位與壓力值不變的情況下它還可以用來測量介質的密度。壓力變送器的測量範圍可以做的很寬，從絕壓0開始可以到100MPa（一般情況）。

常見故障

1、安裝時應使變送器的壓力敏感件軸向垂直於重力方向，如果安裝條件限制，則應安裝固定後調整變送器零位到標準值。

2、殘存的壓力釋放不出，因此傳感器零位又下不來。排除此原因的最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。 產生此現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；電源與變送器及負載設備之間有無接線錯誤。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，傳感器及變送器周圍應避免有強電磁干擾。傳感器及變送器在使用中應按行業規定進行周期檢定。

6、用戶在選擇壓力傳感器及變送器時，應充分了解壓力測量系統的工況，根據需要合理選擇，使系統工作在最佳狀態，並可降低工程造價。

7、通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。

8、壓力變送器要求每周檢查一次，每個月檢驗一次，主要是清除儀器內的灰塵，對電器元件認真檢查，對輸出的電流值要經常校對，壓力變送器內部是弱電，一定要同外界強電隔開。

發展方向

常規的變送器無論怎樣提高精度，但仍然克服不了它固有的工作特性，誤差是不可避免的。計算機技術的飛速發展，為高性能變送器的研發、生產提供廣闊的前景。單片機交流採樣變送器具有很高的性價比，精度較高，工作穩定可靠，不用經常調校。

單片機交流採樣變送器具有以下特點。

(1)採樣周期和採樣時機

1)採樣周期的選擇在電網中高次諧波分量不大的情況下，採樣周期可選取8次、12次等低速率方式，這對單片機及其設備的要求較低，數據處理也簡單；如果電網中高次諧波分量較大，這時就必須提高採樣速率。

2)採樣的時機選擇特別是在低速率採樣方式中，如果採樣時機恰好在高次諧波的峰谷點，將對精度有很大的影響。所以，在器件和技術允許範圍內，應儘量提高採樣頻率，這樣對電網中的干擾影響起抑制作用。

(2)鐵芯非線性補償單片機交流採樣變送器能實現分段對鐵芯的非線性補償。根據精度要求和鐵芯本身的特性，對每個鐵芯有一個相對應的補償曲線，並且可以實現分段補償。

(3)鐵芯磁滯角度的補償 由於單片機具有存儲功能，鐵芯的磁滯角補償變得很簡單。在對鐵芯進行磁滯角測量後，把每個鐵芯的磁滯角度存入單片機，通過程序作相移處理。這種補償完全可理想化。

參考來源

PTL802F正負壓差壓變送器