各類變送器的原理與應用解析

傳感器和變送器在儀器、儀表和工業自動化領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。

1、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，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單元、R/V轉換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉換單元等組成。測溫熱電阻信號轉換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關系進行補償，經V/I轉換電路后輸出一個與被測溫度成線性關系的4～20mA的恒流信號。 

熱電偶溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產生的熱電勢經冷端補償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最后放大轉換為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，變送器中還設有斷電保護電路。當熱電偶斷絲或接解不良時，變送器會輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。 

一體化溫度變送器具有結構簡單、節省引線、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、工作可靠等優點。

一體化溫度變送器的輸出為統一的4～20mA信號；可與微機系統或其它常規儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。 

2、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、液體等壓力信號轉變成標準的電流電壓信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。 

壓力變送器的測量原理。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），以使硅片上用半導體技術制成的全動態惠斯登電橋在外部電流源驅動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強性佳，所以輸出信號的線性度及變差指標均很高。工作時，壓力變送器將被測物理量轉換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經電壓電流轉換變換成相應的電流信號，再經過非線性校正，最后產生與輸入壓力成線性對應關系的標準電流電壓信號。

壓力變送器根據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。

3、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管上下移動。導管內裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉換成4～20mA或其它標準信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優點，電路內部含有恒流反饋電路和內保護電路，可使輸出最大電流不超過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，它是根據阿基米德浮力原理設計的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應變傳感技術來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現場按鍵來進行常規的設定*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換成電信號，再經放大電路放大和補償電路補償，最后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。

4、電容式物位變送器 

電容式物位變送器適用于工業企業在生產過程中進行測量和控制生產過程，主要用作類導電與非導電介質的液體液位或粉粒狀固體料位的遠距離連續測量和指示。 

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，經過轉換，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等標準信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質的圓柱形金屬容器組成。當料位上升時，因非導電物料的介電常數明顯小于空氣的介電常數，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源、脈寬調制、轉換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調特原理進行測量的優點是頻率較低，對周圍元射頻干擾、穩定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。 

5、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，從而使體積更小、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。 

6、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、電信號轉換為一體的工業在線分析儀表，它是由銻電極與參考電極組成的PH值測量系統。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。如果把銻、三氧化二銻和水溶液的適度都當作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動電源外，還應通過電流轉換單元轉換成相應的直流電壓，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信號和PH酸度信號經放大后送給斜率調整和定位調整電路，以使信號內阻降低并可調節。將放大后的PH信號與溫度被償 

信號進行迭加后再差進轉換電路，最后輸出與PH值相對應的4～20mA恒流電流信號給二次儀表以完成顯示并控制PH值。 

7、酸、堿、鹽濃度變送器 

酸、堿、鹽濃度變送器通過測量溶液電導值來確定濃度。它可以在線連續檢測工業過程中酸、堿、鹽在水溶液中的濃度含量。這種變送器主要應用于鍋爐給水處理、化工溶液的配制以及環保等工業生產過程。 

酸、堿、鹽濃度變送器的工作原理是：在一定的范圍內，酸堿溶液的濃度與其電導率的大小成比例。因而，只要測出溶液電導率的大小變可得知酸堿濃度的高低。當被測溶液流入專用電導池時，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，其輸出電流與電導率成線性關系，而電導率又與溶液中酸、堿濃度成比例關系。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、電導池、電導放大器、相敏整流器、解調器、溫度補償、過載保護和電流轉換等單元組成。 

8、電導變送器 

它是通過測量溶液的電導值來間接測量離子濃度的流程儀表（一體化變送器），可在線連續檢測工業過程中水溶液的電導率。 

由于電解質溶液與金屬導體一樣的電的良導體，因此電流流過電解質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體相反，具有負向溫度特性。為區別于金屬導體，電解質溶液的導電能力用電導（電阻的倒數）或電導率（電阻率的倒數）來表示。當兩個互相絕緣的電極組成電導池時，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，則回路電流與電導率就存在一定的函數關系。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率。

電導變送器的結構和電路與酸、堿、鹽濃度變送器相同。

9、智能變送器 

智能式變送器是由傳感器和微處理器（微機）相結構而成的。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力，可對傳感器的數據進行處理，包括對測量信號的調理（如濾波、放大、A/D轉換等）、數據顯示、自動校正和自動補償等。 

微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對測量數據進行計算、存儲和數據處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調節，以使采集數據達到最佳。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變送器難以完成的任務。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。 數據處理方便準確，可根據內部程序自動處理數據，如進行統計處理、去除異常數值等。 

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據，還可將信息反饋至傳感器，從而對測量過程進行調節和控制。可進行信息存儲和記憶，能存儲傳感器的特征數據、組態信息和補償特性等。 

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