变送器
变送器这个术语有时与传感器通用，是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。一般分为：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，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量数据。
简介
英文（transmitter）变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器
变送器
所需的电源和输出电流信号，大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号 分别用二根导线传输。变送器在不同的工作点工作，其基本误差值各不相同。所以规定用全量程中可能出现的最大基本误差来表示变送器的准确度等级。准确度等级是衡量该仪器或仪表测量精度的一个重要指标，准确度等级值越小，表明该仪器或仪表精度越高，反之亦然。常用的电量变送器有：交流电流变送器和、有功功率变送器和无功功率变送器、电度变送器、频率变送器、温度变送器、直流电流变送器和直流电压变送器等。压力、差压变送器是过程变量变送器中最重要的一类，应用范围很广，除了可用于压力、差压测量之外，还可用于流量、液位、比重等其他参数测量。一条5000t/d的水泥生产线，在工艺流程各关键部位必须设置压力变送器，如在窑头、窑尾，各级预热器的顶部和底部，各次风管和冷却机各室等，以监控工艺正常运行。
工作原理
分类
一、一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形
一体化温度变送器
式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。
二、压力变送器也称差压变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它
压力变送器
能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器的测量原理图如图3所示。其测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。
三、液位变送器
1、浮球式液位变送由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。
2、浮简式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。
3、静压或液位变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出。
电容式物位变送器
四、电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的 液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。
五、超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位的测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。
六、锑电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。
酸、碱、盐浓度变送器
七、酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。、酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。
八、电导变送器它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。
智能变送器
九、智能变送器由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路 对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：
1、具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。
2、具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信可进行信息存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等。
3、具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。
干扰源
传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样，具体情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干
干扰信号
扰的原则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾的，解决的办法是采用模块化的方法，除了基本构件外，针对不同的运行场合，仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前，有必要分析影响模拟传感器精度的干扰源及干扰种类。
1、主要干扰源
（1）静电感应
静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性耦合。
（2）电磁感应
当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象称为电磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。
（3）漏电流感应
由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。
（4）射频干扰
主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。如可控硅整流系统的干扰等。
（5）其他干扰
现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境差，还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。
抗干扰措施
1、供电系统的抗干扰设计
对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑
干扰控制器
制。
（1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响
常用办法主要有三种：
①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性；
②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；
③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。
（2）利用软件方法抑制尖峰干扰
对于周期性干扰，可以采用编程进行时间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样，从而有效地消除干扰。
（3）采用硬、软件结合的看门狗（watchdog）技术抑制尖峰脉冲的影响
软件：在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。
（4）实行电源分组供电，例如：将执行电机的驱动电源与控制电源分开，以防止设备间的干扰。
（5）采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有
隔离变压器
效地抑制。
（6）采用隔离变压器
考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合，而是靠初、次级寄生电容耦合的，因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以提高抵抗共模干扰能力。
（7）采用高抗干扰性能的电源，如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效，它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值（电压峰值小于TTL电平）的电压，但干扰脉冲的能量不变，从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。
和传感器区别
传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换
传感器
元件组成。传感器SENSOR：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的输出，满足信息的传输、存储、显示、记录和控制要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
变送器（transmitter）：当信号变换器与传感器做成一体时，就称为变送器。根据《中国大百科全书》的定义，变送器，输出为标准信号的传感器。国家标准的定义：使输出为规定标准信号的装置称为变送器。
所选择的数字输出信号应符合变送器准确度和响应时间以及通信系统的要求。传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器，传感器则是将物理信号转换为电信号的器件，过去常讲物理信号，现在其他信号也有了。一次仪表指现场测量仪表或基地控制表，二次仪表指利用一次表信号完成其他功能：诸如控制，显示等功能的仪表。
发展
1、国产变送器的早期发展回顾
变送器
1958年开始，中国开始研制电动单元组合仪表；1964年，全套27个品种的DDZ-I型仪表全部投入生产；从1965年
起，中国开始规划DDZ-II型电动单元组合仪表并于1970年组织了DDZ-II型电动单元组合仪表统一设计；与此同时，气动单元组合仪表QDZ-I、QDZ-II也研制成功；上世纪七十年代中期开始研制DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表和QDZ-III气动单元组合仪表。其中变送器也是上述单元组合仪表中一个重要的类别，初期生产的是力平衡式（如QDZ-II型变送器、部分DDZ-II型变送器），后开发矢量平衡式变送器（如QDZ-III型变送器、部分DDZ-II型变送器、DDZ-III型变送器），精确度指标大部分0.5%、1.0%，量程比为4：1～10：1。国产变送器制作粗糙，稳定性差，精确度低，量程比小，调整不方便，产品种类少。1978年中国开始改革开放，1979年西安仪表厂与罗斯蒙特公司签订1151电容式压力/差压变送器的技术转让合同，这是中国仪器仪表行业引进的第一个重要产品技术转让合同。对于变送器行业乃至整个仪器仪表行业来说，这应该是一个标志性的事件。
2、中国国内变送器市场的竞争
自从西安仪表厂引进罗斯蒙特公司1151压力（差压）电容式变送器后，开创了国外高性能变送器快速进入中国市场的先例，随后日本富士公司FC系列变送器、日本日立公司EDR/EPR系列变送器也在兰炼仪表厂、大连仪表厂引进生产。而随着国外仪器仪表公司变送器产品的大量涌入，国内生产厂和用户都逐步熟悉了包括美国罗斯蒙特、美国霍尼韦尔、日本横河、德国E+H、美国福克斯波罗、日本富士、日本日立、美国摩尔工业、美国Smar等公司生产的产品。上世纪90年代初期，四川仪表总厂与横河公司合资成立重庆川仪横河公司（后改成重庆横河川仪公司），生产EJA系列变送器，同时通过川仪总厂及横河公司在华的销售网络大力推销，年销售额快速增长，2007年变送器产品市场订货量达18万台，其风头远远超过罗斯蒙特公司的变送器类产品。ABB公司1999年推出MV2000T智能变送器后，也采用了与罗斯蒙特公司、横河公司几乎相同的方式，在中国寻求合作伙伴--上海威尔泰公司，合资建立生产线，并取得了年销售数万台的业绩。日本富士公司也与浙江中控自动化仪表公司合作生产CXT变送器。近年来，由于跨国公司在中国变送器的销售量大幅增长，除了引进技术或合资生产这种方式外，西门子、德国E+H、ABB均已在中国建立自己的独资变送器生产线。
