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    變送器的種類很多,用在工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器,壓力變送器,流量變送器,電流變送器,電壓變送器等等。

    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。與感測器不同,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。

    壓力變送器:

    壓力變送器也稱差變送器,主要由測壓元件感測器、模組電路、顯示錶頭、錶殼和過程連線件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力訊號轉變成標準的電流電壓訊號,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。

    壓力變送器測量原理是:流程壓力和參考壓力分別作用於整合矽壓力敏感元件的兩端,其差壓使矽片變形(位移很小,僅μm級),以使矽片上用半導體技術製成的全動態惠斯登電橋在外部電流源驅動下輸出正比於壓力的mV級電壓訊號。由於矽材料的強性極佳,所以輸出訊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級的電壓訊號,並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。放大後的訊號經電壓電流轉換變換成相應的電流訊號,再經過非線性校正,最後產生與輸入壓力成線性對應關係的標準電流電壓訊號。

    壓力變送器根據測壓範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。

    一體化溫度變送器:

    一體化溫度變送器一般由測溫探頭(熱電偶或熱電阻感測器)和兩線制固體電子單元組成。採用固體模組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型別。

    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。測溫熱電阻訊號轉換放大後,再由線性電路對溫度與電阻的非線性關係進行補償,經V/I轉換電路後輸出一個與被測溫度成線性關係的4~20mA的恆流訊號。

    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後,再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差,最後放大轉換為4~20mA電流輸出訊號。為防止熱電偶測量中由於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、輸出訊號大、抗干擾能力強、線性好、顯示儀表簡單、固體模組抗震防潮、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訊號;可與微機系統或其它常規儀表匹配使用。也可使用者要求做成防爆型或防火型測量儀表。

    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、訊號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。

    一般磁性浮球的比重小於0.5,可漂於液麵之上並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訊號轉換成正比於液位變化的電阻訊號,並將電子單元轉換成4~20mA或其它標準訊號輸出。該變送器為模組電路,具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優點,電路內部含有恆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並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感測技術來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以透過現場按鍵來進行常規的設定操作

    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。它一般選用矽壓力測壓感測器將測量到的壓力轉換成電訊號,再經放大電路放大和補償電路補償,最後以4~20mA或0~10mA電流方式輸出。

    電容式物位變送器:

    電容式物位變送器適用於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感測器與電子模組電路組成,它以兩線制4~20mA恆定電流輸出為基型,經過轉換,可以用三線或四線方式輸出,輸出訊號形成為1~5V、0~5V、0~10mA等標準訊號。電容感測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於空氣的介電常數,所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模組電路由基準源、脈寬調製、轉換、恆流放大、反饋和限流等單元組成。採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。

    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訊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。超聲波變送器可用於液位。物位的測量和開渠、明渠等流量測量,並可用於測量距離。

    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、電訊號轉換為一體的工業線上分析儀表,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,由於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於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組電路由兩大部分組成。為了現場作用的安全起見,電源部分採用交流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,還應透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,它把來自感測器的基準訊號和PH酸度訊號經放大後送給斜率調整和定位調整電路,以使訊號內阻降低並可調節。將放大後的PH訊號與溫度被償

    訊號進行迭加後再差進轉換電路,最後輸出與PH值相對應的4~20mA恆流電流訊號給二次儀表以完成顯示並控制PH值。

    酸、鹼、鹽濃度變送器:

    酸、鹼、鹽濃度變送器透過測量溶液電導值來確定濃度。它可以線上連續檢測工業過程中酸、鹼、鹽在水溶液中的濃度含量。這種變送器主要應用於鍋爐給水處理、化工溶液的配製以及環保等工業生產過程。

    酸、鹼、鹽濃度變送器的工作原理是:在一定的範圍內,酸鹼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鹼濃度的高低。當被測溶液流入專用電導池時,如果忽略電極極化和分佈電容,則可以等效為一個純電阻。在有恆壓交變電流流過時,其輸出電流與電導率成線性關係,而電導率又與溶液中酸、鹼濃度成比例關係。因此只要測出溶液電流,便可算出酸、鹼、鹽的濃度。

    酸、鹼、鹽濃度變送器主要由電導池、電子模組、顯示錶頭和殼體組成。電子模組電路則由激勵電源、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。

    電導變送器:

    它是透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),可線上連續檢測工業過程中水溶液的電導率。

    由於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。為區別於金屬導體,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,並通以恆壓交變電流,就形成了電流回路。如果將電壓大小和電極尺寸固定,則迴路電流與電導率就存在一定的函式關係。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、鹼、鹽濃度變送器相同。

    智慧變送器:

    智慧式變送器是由感測器和微處理器(微機)相結構而成的。它充分利用了微處理器的運算和儲存能力,可對感測器的資料進行處理,包括對測量訊號的調理(如濾波、放大、A/D轉換等)、資料顯示、自動校正和自動補償等。

    微處理器是智慧式變送器的核心。它不但可以對測量資料進行計算、儲存和資料處理,還可以透過反饋迴路對感測器進行調節,以使採集資料達到最佳。由於微處理器具有各種軟體和硬體功能,因而它可以完成傳統變送器難以完成的任務。所以智慧式變送器降低了感測器的製造難度,並在很大程主上提高了感測器的效能。另外,智慧式變送器還具有以下特點:

    1、具有自動補償能力,可透過軟體對感測器的非線性、溫漂、時漂等進行自動補償;

    2、可自診斷,通電後可對感測器進行自檢,以檢查感測器各部分是否正常,並作出判斷;

    3、資料處理方便準確,可根據內部程式自動處理資料,如進行統計處理、去除異常數值等;

    4、具有雙向通訊功能。微處理器不但可以接收和處理感測器資料,還可將資訊反饋至感測器,從而對測量過程進行調節和控制;

    5、可進行資訊儲存和記憶,能儲存感測器的特徵資料、組態資訊和補償特性等;

    6、具有數字量介面輸出功能,可將輸出的數字訊號方便地和計算機或現場匯流排等連線。

    兩線制變送器:

    兩線制是指現場變送器與控制室儀表聯絡僅用兩根導線,這兩根線既是電源線,又是訊號線。

    兩線制與三線制(一根正電源線,兩根訊號線,其中一根共GND) 和四線制(兩根正負電源線,兩根訊號線,其中一根共GND)相比,測量精度較低。

    熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻訊號透過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業用熱電阻安裝在生產現場,與控制室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。

    線制的分類:

    二線制:在熱電阻的兩端各連線一根導線來引出電阻訊號的方式叫二線制:這種引線方法很簡單,但由於連線導線必然存在引線電阻r,r大小與導線的材質和長度的因素有關,因此這種引線方式只適用於測量精度較低的場合;

    三線制:在熱電阻的根部的一端連線一根引線,另一端連線兩根引線的方式稱為三線制,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的消除引線電阻的影響,是工業過程控制中的最常用的;

    四線制:在熱電阻的根部兩端各連線兩根導線的方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恆定電流I,把R轉換成電壓訊號U,再透過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響,主要用於高精度的溫度檢測。

    熱電阻採用三線制接法。採用三線制是為了消除連線導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻,其連線導線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分,這一部分電阻是未知的

    且隨環境溫度變化,造成測量誤差。採用三線制,將導線一根接到電橋的電源端,其餘兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。

    兩線制優點:

    1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響,可用非常便宜的更細的導線;可節省大量電纜線和安裝費用;

    2、在電流源輸出電阻足夠大時,經磁場耦合感應到導線環路內的電壓,不會產生顯著影響,因為干擾源引起的電流極小,一般利用雙絞線就能降低干擾;三線制與四線制必須用遮蔽線,遮蔽線的遮蔽層要妥善接地。

    3、電容性干擾會導致接收器電阻有關誤差,對於4~20mA兩線制環路,接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1~5V)這個電阻小到不足以產生顯著誤差,因此,可以允許的電線長度比電壓遙測系統更長更遠;

    4、各個單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接,不因電線長度的不等而造成精度的差異,實現分散採集,分散式採集的好處就是:分散採集,集中控制....

    5、將4mA用於零電平,使判斷開路與短路或感測器損壞(0mA狀態)十分方便。

    6、在兩線輸出口非常容易增設一兩隻防雷防浪湧器件,有利於安全防雷防爆。

    三線制和四線制變送器均不具上述優點即將被兩線制變送器所取代,從國外的行業動態及變送器晶片供求量即可略知一斑,電流變送器在使用時要安裝在現場裝置的動力線上,而以微控制器為核心的監測系統則位於較遠離裝置現場的監控室裡,兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠。裝置現場的環境較為惡劣,強電訊號會產生各種電磁干擾,雷電感應會產生強浪湧脈衝,在這種情況下,微控制器應用系統中遇到的一個棘手問題就是如何在惡劣環境下遠距離可靠地傳送微小訊號。

    兩線制電流變送器的輸出為4~20mA,透過250Ω的精密電阻轉換成1~5V或2-10V的模擬電壓訊號.轉換成數字訊號有多種方法,如果系統是在環境較為惡劣的工業現場長期使用,因此需考慮硬體系統工作的安全性和可靠性。系統的輸入模組採用壓頻轉換器件LM231將模擬電壓訊號轉換成頻率訊號,用光電耦合器件TL117進行模擬量與數字量的隔離。

    同時模擬訊號處理電路與數字訊號處理電路分別使用兩組獨立的電源,模擬地與數字地相互分開,這樣可提高系統工作的安全性。利用壓頻轉換器件LM231也有一定的抗高頻干擾的作用。

    在微控制器控制的許多應用場合,都要使用變送器來將微控制器不能直接測量的訊號轉換成微控制器可以處理的電模擬訊號,如電流變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。

    早期的變送器大多為電壓輸出型,即將測量訊號轉換為0-5V電壓輸出,這是運放直接輸出,訊號功率

    電壓輸出型變送器抗干擾能力極差,線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分,使微控制器產生誤判斷,控制出現錯誤,嚴重時還會損壞裝置,輸出0-5V絕對不能遠傳,遠傳後線路壓降大,精確度大打折扣,很多的ADC,PLC,DCS的輸入訊號埠都作成兩線制電流輸出型變送器4-20mA的,證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。

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