变送器的作用及原理，变送器构成原理

行业中通常需要测量各种电气和非电气物理量，例如电流（AD）、电压（VD）、功率（WD）、频率（FD）、温度（TT）和重量（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电信号，然后发送到数百米外的控制室或显示设备。这种将被测物理量转换成可以传输的直流信号的装置称为变送器。业界通常分为功率发射器（常见型号如GP/FP系列、S3/N3系列、STM3系列等）和非功率发射器。

传统的变送器输出直流信号有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等。目前应用最广泛的是使用420mA的电流来传输模拟量。业界应用最广泛的是使用4-20mA的电流来传输模拟量。

使用电流信号的原因是它们不易受到干扰。而且，电流源的内阻是无穷大，因此环路中串联的布线电阻不会影响精度，典型的双绞线可以传输数百米。 20mA 限制是出于防爆要求；切换20mA 电流产生的火花能量不足以点燃气体。下限值不设置为0mA的原因是为了检测断线，正常运行时不会低于4mA，但如果传输线因事故断线，则环路电流将变为0。常用2mA作为断线报警值。电流源振荡器将物理量转换为4 至20 mA 的电流输出，必须由外部电源驱动。最典型的是，发射器需要四根线，两根电源线和两根电流输出线，称为四线发射器。当然，电流输出可以与电源共用一根线（共用VCC或GND），这样就节省了一根线，称为3线发送器。

事实上，您可能已经注意到，4-20mA 的电流本身就可以为发射器供电，如图1C 所示。变送器对应电路中的特殊负载，其功耗根据传感器输出的不同在4至20mA之间变化。显示仪表只需串联在电路中即可。这种类型的变送器仅需要两根外部导线，因此称为两线制变送器。工业电流环的标准下限为4mA，因此只要在测量范围内，变送器将至少接收4mA 的功率。这允许两线传感器设计。

在工业应用中，测量点通常位于现场，显示或控制设备通常位于控制室或控制柜中。它们之间的距离可以从几十米到几百米。按100米距离计算，不再需要两根电线，节省成本近百元。因此，两线传感器在实际使用中越来越多地被使用。

确定发射机的可靠性

生产材料市场化后，竞争加剧，真假难辨。发射机是许多工程设计师都不熟悉的边缘主题。一些制造商的产品有工业级、消费级和商业级。指标混乱（工业级）。 （民用级和商用级价格的2-3倍）

笔者以常用的0.5级精度电流电压振荡器为例，首先通过以下方法来辨别真假：

(1) 参考文献必须稳定。 4mA是对应的输入零参考。如果参考不稳定，精度将不是线性的。冷启动3分钟内4mA的零漂不应超过4.000mA，0.5%以内。即3.98 至4.02mA），250 负载的压降为0.995 至1.005V。国外IC芯片主要采用昂贵的能隙标准，温漂系数每度变化10ppm。

（2）内部电路总消耗电流为4mA（调整后为4.000mA），且由于有源整流滤波放大恒流电路，消耗电流不因初级输入的变化而变化。恒流电源。

(3) 如果工作电压为24.000V，满量程为20.000mA，则满量程20.000mA上的读数不会随着0至700的负载变化而变化，且变化不应超过20.000mA 。 0.5%以内。

(4) 如果满量程为20.000mA，负载为250，则满量程20.000mA 上的读数不会随着工作电压从15.000V 变化到30.000V 而变化。超过20.000mA 的0.5%。

(5) 如果原边过载，输出电流不应超过25.000mA+10%。否则，PLC/DCS的24V工作电源和变送器的A/D输入钳位电路会因功率过大而损坏。此外，发送器发射极输出也可能因功耗过大而损坏，而没有A/D 输入钳位电路的发送器输出损坏更严重。

(6)工作电压24V反接时，不得损坏发射机，并要有极性保护。

（7）如果由于感应雷击或感应浪涌电压导致两线间电压超过24V，必须钳位，防止损坏发射机，一般并联一只或两只TVS瞬变保护二极管1.5KE。一条线压制每一个。每20秒产生脉宽20ms的正向和反向脉冲冲击，瞬态抗冲击功率1.5KW~3KW。

(8) 产品上标明的0.5%线性是绝对误差还是相对误差，可通过以下方法一目了然。 0.5%线性度，当初级输入为零时，输出为4mA0.5%（3.98至4.02mA），进入250负载的压降为0.995至1.005V，当初级输入为10%时，输出为5.6 mA正负0.5%（5.572-5.628mA） 250负载时压降为1.393-1.407V 原副输入25%时，250负载时输出8mA正负0.5%（7.96-8.04mA）压降为1.9902.010V，原边输入为50%、负载为250时，输出为12mA0.5%（11.9412.06mA）。压降为2.985至3.015V，75%初级输入，输出为16mA正负0.5%（15.92至16.08mA），250负载时压降为3.980至4.020V。输入为100%，输出为20mA 正负0.5%（19.90 至20.10mA） 250 负载时的压降为4.975 至5.025V

(9) 如果一次输入过载，必须限制电流。如果：的初级输入过载大于125%，则输出过流限制为25mA+10%（25.00至27.50mA）。 250 负载为6.250 至6.875V。

(10) 判断感应浪涌电压超过24V时是否发生钳位，将：连接到2线输出端口和50V交流指针表上，用50V交流电接线并瞬时接触2线输出。有没有卡箍，用了多少个螺栓来夹紧，一目了然。

（11）检查是否有极性保护，用指针万用表欧姆乘10K测量：的2线输出端口。如果的值始终无穷大，则存在极性保护。 (12))长时间出现无极性输出电流短路保护：如果初级输入为100%或过载超过125%200%，将负载短接至250，检查有无短路措施。 - 电路保护限值为25mA+10%。

（13）区分工业级和私人商业级： 工业级工作温度范围为-25度到+70度，温度漂移系数为每度100 ppm，即每度温度变化1度。精度变化为万分之一，消费级和商业级工作温度范围为0 度（或-10 度）至+70 度（或+50 度），温度漂移系数为每度250 ppm，或温度5。 温度漂移可以使用笨重的恒温器和热/冷室来测试和验证电流和电压变送器的系数。

上述13种方法也可用于识别其他发射机的可靠性。

技术原理

准确度：优于0.5%；

2、非线性失真：优于0.5%；

3、额定工作电压：+24V20%，最终工作电压：35V；

4、功耗：静态4mA，动态等于环路电流，内部限制25mA+10%。

5、额定输入：5A。 1KA（38种规格）；

6、冲孔芯圆孔直径：8、9、12、20、25、30毫米；

7、输出格式：2线DC4~20mA；

8、输出电流温漂系数：50ppm/；

9、响应时间：100ms；

10、输入/输出绝缘绝缘强度：AC3000V、1min、1mA；

11、输出负载电阻：RL=V+-10V/0.02（）；

注：(1) 在典型V+24V 下负载阻抗为700。

(2) RL=250，计算为1至5V的电阻值+两条传输线的铜阻之和。

12、输入过载保护：30次1分钟；

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）可根据客户要求定制：内限22mA+10%、24mA+10%。

14、2线端口瞬态感应雷击浪涌电流TVS抑制保护功能：TVS抑制冲击电流35A/20ms/1.5KW。

15、2线口设有+24V电源反接保护。

16、输出电流设有长期短路保护限值，内部限值为25mA+10%。

17、工作环境：-40-80，10%-90%RH；

18.储存温度：-50~85。

19、执行标准：GB/T13850-1998；

20、系列型号、规格、接线图、产品外观、产品照片、安全注意事项。

8、举例说明某品牌工业级0.5级精密电流变送器的主要特点是什么？

1. 真有效值2 线制变送器，专为电力自动化中的50/60Hz 交流电流测量而设计。

2、采用单匝穿孔铁芯结构，将电流互感器和电流发送器集成为一体设计。

3、有6项全面的保护功能。

(1)输入过载保护。

(2)输出过流限制保护。

(3)输出电流长期短路保护。

(4)2线端口瞬态感应雷击和浪涌电流TVS抑制保护。

(5)工作电源过压限制保护35V；

(6)工作电源反接保护。

4、两线输出接线是当今模拟串口最先进的输出方式，具有六大优点。

(1) 它不易受寄生热电偶、接线上的电阻压降和温度漂移的影响，并且允许使用非常便宜且细的双绞线。

(2)如果电流源的输出电阻足够大，则干扰源产生的电流很小，磁场耦合在导线回路中感应的电压没有明显影响。可以通过使用双绞线来减少这种情况。

(3) 电容性干扰会引入与接收器电阻相关的误差。对于4-20mA 2 线环路，接收器电阻通常为250（采样Uout=1-5V）。该电阻并没有小到导致重大误差的程度。因此，允许的电线长度比电压遥测系统更长、更远。

(4)每台读写器或记录仪可在不同线长的不同通道之间切换，不会因线长差异而产生精度差异。

(5) 使用4mA 进行零电平对于确定传输线是否开路或传感器是否损坏（0mA 条件）非常有用。

(6)2线输出端口可方便加装避雷器、防雷器，实现安全、防雷、防爆。

5. 原边和副边高度绝缘。

6、高可靠性、高稳定性、高性价比。

7、特别适用于发电机、电动机、低压配电盘、空调、风机、路灯等负载电流智能监测系统。

8、超低功耗，静态0.096W，满量程功耗0.48W，输出电流内部限制为0.6W。

压力变送器原理

电容式压力变送器原理电容式压力变送器主要由实现压力/电容转换的腔室传感元件和转换电容的2线4-20mA电子线路板组成。两侧（或一侧）施加到隔离膜片上，并将硅油填充流体转移到腔室的重心膜片上。重心膜片是边缘张力膜片。在压力作用下，相应的位移导致微分电容发生变化，经电子线路板稳压、振荡、放大后，转换成4-20mA的信号输出，与输入电流成反比给工艺压力。

分布式硅压力变送器原理及用途

测量介质的压力间接作用在传感器膜片（不锈钢或陶瓷）上，膜片引起与介质压力成反比的微小位移，改变传感器的电阻值。电子电路用于检测和转换这种变化。输入与该压力对应的标准测量信号。

陶瓷压力变送器原理及用途

耐腐蚀压力变送器不允许液体通过，压力直接作用在陶瓷膜片的正面，导致膜片明显变形，在陶瓷膜片的背面印刷并连接有厚膜电阻。惠斯通电桥（闭式电桥） 由于压敏电阻的压阻效应，电桥产生高度线性的电压信号，该信号与压力成反比，与激励电压成反比。标准信号根据以下公式校准为2.0/3.0：兼容压力量程/3.3mV/V等应变片式传感器。经过激光校准，传感器具有较高的温度稳定性和时间稳定性，传感器具有独特的0至70温度补偿，可与大多数介质直接接触。陶瓷是一种因其优异的弹性、耐腐蚀性、耐磨性、抗冲击性和抗振动性而被公认为的材料。陶瓷和厚膜电阻的热稳定性可在-40 至135C 的温度范围内提供高测量精度和稳定性。电气隔离等级2kV，输入信号强，长期稳定性好。高性能、低成本的陶瓷传感器正在成为压力变送器发展的主流。在西方国家，有完全取代其他类型传感器的趋势。在中国，越来越多的企业正在使用陶瓷传感器代替分布式传感器。传感器.硅压力变送器。

压力变送器测量介质的两路压力进入高压室和低压室，作用在元件（即敏感元件）两侧的隔离膜片上，通过隔离传递到被测元件。测量膜。隔膜两侧及元件内填充液体。测量膜片和两侧绝缘片上的电极各构成一个电容器。

如果两侧的压力不匹配，测量膜片就会产生位移，但位移与压差成正比，因此两侧的电容不再相等，通过振荡和解调环节，测量膜片会产生位移。隔膜将与压力差信号成正比。压力。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理与差压变送器相同，区别在于低压室的压力是大气压还是真空。

A/D 转换器将解调器电流转换为数字信号，微处理器使用该数字信号来确定输入压力值。微处理器控制发射机的操作。此外，它还执行传感器的线性化。重置测量范围。工程单位转换、阻尼、平方根、传感器微调以及诊断和数字通信等操作。

该微处理器具有16 字节的程序RAM 和三个16 位计数器，其中一个执行A/D 转换。

D/A转换器对来自微处理器的校正后的数字信号进行微调，并且这些数据可以通过发射机软件进行修改。数据存储在EEPROM 中，即使电源关闭也能保留。

数字通信线路为变送器提供了与外部设备的连接接口，例如275 型智能通讯器或使用HART 协议的控制系统。该电路检测叠加在4-20mA 信号上的数字信号，并通过环路发送必要的信息。通信类型为频移键控FSK技术，基于BeII202标准。

用途：压力变送器主要用于测量气体、液体、蒸汽的压力、负压、绝压等参数并转换成4-20mA.DC信号输出。

压力变送器有两种类型：GP型（表压）和AP型（绝压）。 GP型和AP型可与智能放大板组合成智能压力变送器，并通过符合HART协议的手持终端进行通讯，进行配置和监控。 AP型绝对压力变送器的德尔塔室一侧接收被测压力信号，另一侧连接大气压力，从而可以测量表压或负压。高真空参比室，可输入压力信号，在另一侧关闭的情况下测量排气系统、蒸馏塔、蒸发器、结晶器等的绝对压力！

原理：常用的原理有聚光式、谐振束式、扩散硅式等。

电容式压力变送器主要由实现压力和电容转换的腔室传感元件和转换电容的2线4-20mA电子线路板组成。当过程压力从测量室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片时，压力通过硅油填充液传递到测量室的中央膜片。压力的作用产生相应的位移，形成微分电容的变化。然后通过电子板进行调整、振荡和放大！转换为4-20mA信号输出！输出电流与过程压力成正比。

任何能够将压力转换成电信号的装置都称为“压力变送器”。实在是太多了，而且每一个都有自己的运作原理。至于测量范围，从毫克到毫克不等。由于范围是N吨，所以需要具体，但也可以讲一下常用的力平衡方程、变形（阻应变）方程等。

即它们都输出模拟电信号，并使用数模（A/D）转换器将信号转换为可以连接到计算机的数字量。

输出标准信号的传感器。该术语有时常用于传感器。

发射器有许多不同类型，但通常它们向辅助设备发送信号并使辅助设备显示测量数据。

将物理测量信号或规则电信号转换为标准电信号输出或可通过通信协议输出的设备。一般分为温湿度变送器、压力变送器、差压变送器、液位变送器、电流变送器、功率变送器、流量变送器、重量变送器等。

变送器——根据物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转换成标准信号，例如4至20mA。

变送器将传感信号转换为统一的标准信号（0/4-20mADC、1-5VDC、0-10VDC）。

发射机：除传感功能外，还具有放大和整形功能，输出标准控制信号。示例：4-20mA

常用压力变送器原理及应用

1、应变式压力变送器原理及应用

机械传感器包括电阻式应变式压力传感器、半导体应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、静态电容式加速度传感器等多种类型。然而，最广泛使用的是压阻式压力变送器，因为其成本非常低、精度高且线性特性良好。下面，我们主要介绍一下这类传感器。

要了解压阻式压力传感器，首先要了解电阻应变计的组件。电阻应变计是高度敏感的设备，可将被测物体的应变变化转换为电信号。这是压阻式应变传感器的主要部件之一。最常用的电阻应变片是金属电阻应变片和半导体应变片。金属电阻应变片有两种类型：线应变片和金属箔应变片。通常，应变片使用特殊的粘合剂牢固地粘合到产生机械应变的底座上，但是当应力施加到基体上并且发生应力变化时，电阻应变片也会变形，导致应变片的电阻值将改变。两端电阻变化。这种应变片在受力时产生的电阻变化通常很小，并且通常这种应变片形成应变电桥，由后续的仪表放大器放大并由处理电路（通常是A/D转换器和CPU）处理以进行显示或执行。机制。

金属电阻应变片内部结构

由基材、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片、引线组成。根据不同的应用，设计者可以设计电阻应变片的电阻值，但必须考虑电阻值的范围。如果电阻值太小，则所需的驱动电流太大。同时，应变片产生的热量导致应变片本身的温度变得过高。在不同环境下使用时，应变片阻值会发生明显变化，输出零点明显漂移，调零电路变化过大。复杂的。如果电阻太大，则阻抗过高，抗外界电磁干扰的能力会降低。一般为几十欧姆到几万欧姆。

电阻应变片的工作原理

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基材上的应变电阻通过机械变形而改变其电阻，一般称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示。

式中：—— 金属导体电阻率（·cm2/m）

S——导体截面积（cm2）

L—— 导体长度（米）

以金属丝应变电阻器为例，当对金属丝施加外力时，长度和横截面积发生变化，由上式可知电阻值发生变化。当对金属丝施加外力时，它会拉伸，增加其长度并减小其横截面积，从而增加其电阻。当金属丝受到外力压缩时，其长度减小，截面积增大，电阻值减小。只要测量电阻的变化（通常是电阻两端的电压），就可以得到拉紧导线中的应变。

2、陶瓷压力变送器原理及应用

耐腐蚀压力变送器无液体渗透，压力直接作用于陶瓷膜片正面，导致膜片轻微变形，但通过在陶瓷膜片背面印刷厚膜电阻进行连接.惠斯通电桥（闭式电桥） 由于压敏电阻的压阻效应，电桥产生高度线性的电压信号，该信号与压力成正比，与激励电压成正比。标准信号根据环境校准为2.0/3.0/。兼容压力范围3.3mV/V等应变计传感器。激光校准为传感器提供了较高的温度和时间稳定性，传感器具有0至70C的独特温度补偿，并允许与大多数介质直接接触。

陶瓷是一种因其高弹性和高耐腐蚀、耐磨损、耐冲击和振动而被认可的材料。由于陶瓷和厚膜电阻的热稳定性，它可以在-40至135C的温度范围内工作，具有很高的测量精度和稳定性。电气隔离等级2kV，输出信号强，长期稳定性好。从压力变送器的发展方向来看，高特性、低成本的陶瓷传感器正在成为主流。在西方国家，有完全取代其他传感器的趋势。在中国，越来越多的用户正在使用陶瓷传感器代替其他传感器。扩散硅.压力变送器.

3、扩散硅压力变送器原理及应用

工作原理

测量介质的压力直接作用在传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微小位移，从而改变传感器的电阻，并激活电子电路进行检测利用这个变化，转换输出就是这个压力对应的标准测量信号。

4、蓝宝石压力变送器原理及应用

利用应变电阻器的工作原理，并采用硅蓝宝石作为半导体传感元件，具有无与伦比的测量特性。

蓝宝石由单晶绝缘元件组成，不会表现出磁滞、疲劳或蠕变现象。蓝宝石比硅胶更坚固、更坚硬，而且没有变形的风险。蓝宝石具有非常好的弹性和绝缘性能（1000 OC以内）。因此，使用硅蓝宝石制成的半导体传感元件对温度变化不太敏感，即使在高温条件下也能提供良好的操作特性。蓝宝石具有很强的抗辐射能力，此外，硅蓝宝石半导体传感元件没有p-n漂移。因此，制造工艺从根本上得到简化，提高了再现性并确保了高产量。

采用高灵敏度硅蓝宝石半导体元件制成的压力传感器和变送器即使在最恶劣的工作条件下也能成功运行，并且具有高可靠性、优异的精度、最小的温度误差和高性价比。

表压传感器和压力变送器由双膜片组成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。将印有异质外延应变敏感电桥电路的蓝宝石片焊接到钛合金测量膜片上。被测压力传递至受压膜片（受压膜片与测量膜片通过拉杆刚性连接）。在压力作用下，钛合金接收器隔膜发生变形，当硅蓝宝石传感元件感测到该变形时，其电桥输出发生变化，变化的幅度与测量的压力成正比。

传感器电路可以保证应变桥电路的供电，并将应变桥的不平衡信号转换成统一的电信号输出（0-5、4-20mA或0-5V）。在绝对压力传感器和压力变送器中，与陶瓷基玻璃焊料连接的蓝宝石薄片起到弹性元件的作用，将测量的压力转换成应变计变形，从而达到压力测量的目的实现。

5、压电力传感器原理及应用

压电传感器使用的主要压电材料有石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢铵等。其中，石英（二氧化硅）是一种天然晶体，而这种晶体表现出压电效应，在一定的温度范围内压电特性始终存在，但超出该温度范围，压电特性就完全丧失了。 （这个高温就是所谓的“居里点”）。由于电场随应力发生轻微变化（即由于压电系数相对较低），因此晶体逐渐被其他压电晶体取代。酒石酸钾钠具有优异的压电灵敏度和压电系数，但只能在室温和低湿度环境下使用。磷酸二氢铵是一种广泛使用的人造晶体，可以承受高温和相对较高的湿度。

目前，压电效应也应用于多晶，如目前的压电陶瓷如钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐压电陶瓷、铌酸镁铅压电陶瓷等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，但压电传感器不能用于静态测量，因为只有当回路的输入阻抗为无穷大时，外力作用后电荷才守恒。由于实际情况并非如此，因此确定压电传感器只能测量动态应力。

压电传感器主要用于测量加速度、压力和力。压电加速度计是常用的加速度传感器。具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长等优良特点。压电加速度传感器广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑等领域的振动和冲击测量，特别是在航空航天领域。压电传感器还可用于测量发动机内的燃烧压力和真空。它还可以用于军事工业，例如测量子弹发射时枪膛内的压力变化或枪口处冲击波的压力。它可用于测量大压力和小压力。

压电传感器也广泛应用于生物医学测量。例如，心室导管麦克风由压电传感器制成。压电传感器被广泛使用，因为测量动态压力非常普遍。

来源：互联网

阅读本文后，您将能够：

查找并关注微信服务号“全球电气资源”，了解更多电气专业知识和视频。