传感器和变送器的相关知识介绍

传感器的概念理解

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类

传感器的主要作用

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平

变送器的概念理解

变送器(transmitter)是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源)的转换器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。变送器的种类很多，用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等等。

应用在工业现场、能输出标准信号的传感器称为变送器。这个术语有时与传感器通用。在《自动控制原理》中，变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的转换器。至于有时候与传感器通用是因为现代的多数传感器的输出信号已经是通用的控制器可以接收的信号，此信号可以不经过变送器的转换直接为控制器所识别。所以，传统意义上的“变送器”意义应该是：“把传感器的输出信号转换为可以被控制器或者测量仪表所接受标准信号的仪器”。在自控中：信号源-->传感器-->变送器-->运算器控制器-->执行机构-->控制输出。

变送器种类很多，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。

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。一般分为：温度/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。

变送器的保护功能

1、输入过载保护;

2、输出过流限制保护;

3、输出电流长时间短路保护;

4、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护;

5、工作电源过压极限保护≤35V;

6、工作电源反接保护。

变送器的原理

变送器是中文名字，英文是：TRANSMITTER。顾名思义，变送器含有“变”和“送”之意。

所谓“变”，是指将各种从传感器来的物理量，转变为一种电信号。比如：利用热电偶，将温度转变为电势;利用电流互感器，将大电流转换为小电流。由于电信号最容易处理，所以，现代变送器，均将各种物理信号，转变成电信号。因此，我们说的变送器，通常都变成了“电”。

所谓“送”，是指将各种已变成的电信号，为了便于其他仪表或控制装置接收和传送，又一次通过电子线路，将传感器来的电信号，统一化(比如4-20MA)。方法是通过多个运算放大器来实现。这种“变”+“送”，就组成了现代最常用的变送器。

比如：SST3-AD 就是一种将电流互感器的输出电流，转变成标准的4-20mA的电流变送器;再比如：SST4-LD，可以将重量传感器来的重量信号，转变成标准的4-20MA的重量变送器。

变送器的常见故障

1、安装时应使变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向，如果安装条件限制，则应安装固定后调整变送器零位到标准值。

2、残存的压力释放不出，因此传感器零位又下不来。排除此原因的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正常更换密封圈再试。

3、加压变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去。 产生此现象的原因极有可能是压力传感器密封圈引起的。

4、是否符合供电要求;电源与变送器及负载设备之间有无接线错误。如果变送器接线端子上无电压或极性接反均可造成变送器无电压信号输出。

5、压力传感器及变送器的外壳一般需接地，信号电缆线不得与动力电缆混合铺设，传感器及变送器周围应避免有强电磁干扰。传感器及变送器在使用中应按行业规定进行周期检定。

6、用户在选择压力传感器及变送器时，应充分了解压力测量系统的工况，根据需要合理选择，使系统工作在最佳状态，并可降低工程造价。

7、通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。

8、压力变送器要求每周检查一次，每个月检验一次，主要是清除仪器内的灰尘，对电器元件认真检查，对输出的电流值要经常校对，压力变送器内部是弱电，一定要同外界强电隔开。

信号传输及供电的线制分类

二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合;

三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的;

四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。

两线制介绍及其优点

两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制与三线制(一根正电源线，两根信号线，其中一根共GND) 和四线制(两根正负电源线，两根信号线，其中一根共GND)相比，测量精度较低。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

两线制优点：

1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线;可节省大量电缆线和安装费用;

2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显着影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰;三线制与四线制必须用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。

3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1～5V)这个电阻小到不足以产生显着误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;

4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....

5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏(0mA状态)十分方便。

6、在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

四线制、三线制和两线制以及电压传输的扩展理解

三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器芯片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。设备现场的环境较为恶劣，强电信号会产生各种电磁干扰，雷电感应会产生强浪涌脉冲，在这种情况下，单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。

两线制电流变送器的输出为4～20mA，通过250Ω的精密电阻转换成1～5V或2-10V的模拟电压信号.转换成数字信号有多种方法，如果系统是在环境较为恶劣的工业现场长期使用，因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性。系统的输入模块采用压频转换器件LM231将模拟电压信号转换成频率信号，用光电耦合器件TL117进行模拟量与数字量的隔离。

同时模拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源，模拟地与数字地相互分开，这样可提高系统工作的安全性。利用压频转换器件LM231也有一定的抗高频干扰的作用。

在单片机控制的许多应用场合，都要使用变送器来将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电模拟信号，如电流变送器、压力变送器、温度变送器、流量变送器等。

早期的变送器大多为电压输出型，即将测量信号转换为0-5V电压输出，这是运放直接输出，信号功率<0.05W，通过模拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合，电压输出型传感器的使用受到了极大限制，暴露了抗干扰能力较差，线路损耗破坏了精度等等等缺点，而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用。

电压输出型变送器抗干扰能力极差，线路损耗的破坏，谈不上精度有多高，有时输出的直流电压上还叠加有交流成分，使单片机产生误判断，控制出现错误，严重时还会损坏设备，输出0-5V绝对不能远传，远传后线路压降大，精确度大打折扣，很多的ADC,PLC,DCS的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器4-20mA的，证明了电压输出型变送器被淘汰的必然趋势。