標(biāo)準(zhǔn)(變送器和傳感器之間的區(qū)別和聯(lián)系)
什么是傳感器和發(fā)射器？
傳感器是能按規(guī)定進行測量，并按一定規(guī)則轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置的總稱。它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。當(dāng)傳感器的輸出是規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，稱為變送器。
變送器的概念是把非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀器，而傳感器是把物理信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。過去經(jīng)常使用物理信號，但現(xiàn)在有了其他信號。一次儀表是指現(xiàn)場測量儀表或基地控制儀表，二次儀表是指利用一次儀表的信號完成控制、顯示等其他功能的儀表。
變送器和傳感器有什么區(qū)別和聯(lián)系？
傳感器和變送器是熱工儀表的概念。傳感器將溫度、壓力、液位、材料、氣體特性等非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號或直接將壓力、液位等物理量發(fā)送給變送器。
變送器是將傳感器采集到的微弱電信號放大后傳送或啟動控制元件的信號源，或者將傳感器輸入的非電量轉(zhuǎn)換成電信號放大后用于遠程測控。根據(jù)需要，模擬量也可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。傳感器和變送器共同構(gòu)成自動控制監(jiān)控信號源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。另一種變送器不是將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的“差壓變送器”，如鍋爐水位計。它是將水位傳感器下部的冷凝水和蒸汽上部的冷凝水通過儀表管送到變送器波紋管兩側(cè)，利用波紋管兩側(cè)的壓差驅(qū)動機械放大器用指針指示水位的遠程儀表。當(dāng)然，把電氣模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的也可以稱為變送器。以上只是對傳感器和變送器區(qū)別的概念性解釋。
各種傳感器的特性
一、傳感器的定義
國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87將傳感器定義為:“能夠感知規(guī)定的測量值，并按照一定的規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置或設(shè)備，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種能夠感知被測信息的檢測裝置，能夠?qū)⒏兄降男畔凑找欢ǖ囊?guī)則轉(zhuǎn)換成電信號或其他需要的信息輸出，以滿足信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制的要求。這是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的第一步。
二。傳感器的分類
目前傳感器沒有統(tǒng)一的分類方法，但常用的方法有三種:
1.按傳感器的物理量可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成分等傳感器。
2.根據(jù)傳感器的工作原理，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。
3.根據(jù)傳感器輸出信號的性質(zhì)，可分為:輸出為開關(guān)量(“1”和“0”或“通斷”)的開關(guān)型傳感器；輸出是模擬傳感器；輸出脈沖或代碼的數(shù)字傳感器。
三。傳感器的靜態(tài)特性
傳感器的靜態(tài)特性是指對于靜態(tài)輸入信號，傳感器的輸出和輸入之間的關(guān)系。此時的輸入和輸出與時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性，可以用一個沒有時間變量的代數(shù)方程來描述，或者用輸入為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的輸出為縱坐標(biāo)繪制的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)是線性度、靈敏度、分辨率和滯后。
四。傳感器的動態(tài)特性
所謂動態(tài)特性，是指傳感器在其輸入發(fā)生變化時的輸出特性。在實踐中，傳感器的動態(tài)特性通常通過其對一些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)很容易通過實驗方法獲得，其對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與對任何輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系。人們通常知道前者可以用來推斷后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號是階躍信號和正弦信號，因此傳感器的動態(tài)特性往往用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。
動詞 （verb的縮寫）傳感器的線性度
通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是曲線而不是直線。在實際中，為了使儀表具有統(tǒng)一的刻度讀數(shù)，常常用一條擬合直線來近似表示實際的特性曲線，而線性度(非線性誤差)就是這種近似的一個性能指標(biāo)。
有許多方法可以選擇擬合線。比如連接零輸入和滿量程輸出點的理論直線作為擬合直線；或者取特性曲線上各點偏差平方和最小的理論直線作為擬合直線，稱為最小二乘擬合直線。
不及物動詞傳感器的靈敏度
靈敏度是指穩(wěn)態(tài)運行下傳感器的輸出變化△y與輸入變化△x之比。
它是輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間存在線性關(guān)系，則靈敏度s是常數(shù)。否則，它會隨著輸入量的變化而變化。
敏感度的維度是輸出和輸入的維度之比。比如位移傳感器位移變化1mm，輸出電壓變化200mV時，其靈敏度應(yīng)表示為200 mV/mm。
當(dāng)傳感器的輸出和輸入的尺寸相同時，靈敏度可以理解為放大倍數(shù)。
提高靈敏度，獲得更高的測量精度。但是靈敏度越高，測量范圍越窄，穩(wěn)定性越差。
七。傳感器的分辨率
分辨率是指傳感器感知最小測量變化的能力。也就是說，如果輸入量從非零值緩慢變化。當(dāng)輸入變化值不超過一定值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器無法分辨輸入值的變化。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時，其輸出才會發(fā)生變化。
通常情況下，傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨率并不相同，所以往往以能使輸出在滿量程范圍內(nèi)階躍變化的輸入的最大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。如果上述指標(biāo)用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。
八、電阻傳感器
電阻傳感器是將測量的位移、變形、力、加速度、濕度、溫度等物理量轉(zhuǎn)換成電阻值的器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻傳感器件。
九、電阻應(yīng)變傳感器
傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機械變形，使電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。電阻應(yīng)變計有兩種類型:金屬應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計。金屬應(yīng)變片分為絲式、箔式和薄膜式。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲和箔的幾十倍)、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點。
十、壓阻傳感器
壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體材料襯底上制作擴散電阻的器件。襯底可以直接用作測量傳感器組件，并且擴散電阻器以橋的形式連接在襯底中。當(dāng)基板受到外力變形時，各個電阻值會發(fā)生變化，電橋會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。
用作壓阻傳感器的襯底(或膜片)主要是硅晶片和鍺晶片。以硅片為敏感材料制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的關(guān)注，尤其是用于測量壓力和速度的固態(tài)壓阻傳感器最為常見。
XI。熱阻傳感器
熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化的特性來測量溫度以及與溫度相關(guān)的參數(shù)。當(dāng)要求溫度檢測精度時，這種傳感器更合適。目前廣泛使用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳等。它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性度好、性能穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、易于加工等特點。用于測量-200℃ ~ 500℃范圍內(nèi)的溫度。
十二。傳感器的滯后特性
滯后表征了傳感器的輸出-輸入特性曲線在正向(輸入量增加)和反向(輸入量減少)沖程之間不一致的程度，通常用兩條曲線之間的最大差值△MAX和滿量程輸出FS的百分比來表示。滯后現(xiàn)象可能是由傳感器內(nèi)部組件中存在的能量吸收引起的。
各種變送器的特點傳感器和變送器在儀器儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。與傳感器不同，變送器不僅能將非電量轉(zhuǎn)化為可測量的電量，一般還具有一定的放大功能。本文簡要介紹各種變送器的特點，供用戶選擇。
各種變送器的特性
I .集成溫度變送器
集成溫度變送器通常由溫度測量探頭(熱電偶或熱電阻傳感器)和雙線固態(tài)電子單元組成。測溫探頭以固體模塊的形式直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。集成式溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶兩種。
熱電阻溫度變送器由基準(zhǔn)單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。熱電阻信號經(jīng)轉(zhuǎn)換放大后，用線性電路補償溫度與電阻的非線性關(guān)系，由V/I轉(zhuǎn)換電路輸出與被測溫度線性相關(guān)的4 ~ 20 mA恒流信號。
熱電偶溫度變送器一般由參考源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、去耦處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢通過冷端補償放大，然后通過線性電路消除熱電勢與溫度之間的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換成4 ~ 20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量時熱電偶斷線導(dǎo)致溫度控制失效而發(fā)生事故，變送器還設(shè)有斷電保護電路。當(dāng)熱電偶損壞或連接不良時，變送器將輸出最大值(28mA)切斷儀器電源。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省導(dǎo)線、輸出信號大、抗干擾能力強、線性度好、顯示儀表簡單、抗震防潮固體模塊、反接保護和限流保護、運行可靠等優(yōu)點。
集成溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4 ~ 20mA信號；可與微機系統(tǒng)或其他常規(guī)儀器配套使用。也可根據(jù)用戶要求制成防爆或防火計量器具。
二、壓力變送器
壓力變送器又稱差壓變送器，主要由壓力測量元件傳感器、模塊電路、顯示儀表、外殼和過程連接器組成。它能將接收到的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流、電壓信號，供給指示報警器、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
壓力變送器的測量原理是:工藝壓力和參考壓力分別作用在集成硅壓力敏感元件兩端，壓差引起硅片變形(位移很小，只有微米)，使硅片上半導(dǎo)體工藝制作的全動態(tài)惠斯通電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出與壓力成正比的mV電壓信號。由于硅材料的優(yōu)良強度，輸出信號的線性度和變化指標(biāo)都很高。工作時，壓力變送器將測量的物理量轉(zhuǎn)換成毫伏級的電壓信號，送至具有高放大倍數(shù)的差分放大器，以抵消溫度漂移。通過電壓-電流轉(zhuǎn)換將放大后的信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號，經(jīng)過非線性校正后，最終產(chǎn)生與輸入壓力線性對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流-電壓信號。
壓力變送器按壓力測量范圍可分為一般壓力變送器(0.001 MPa ~ 20 MP3)和差壓變送器(0 ~ 30 kpa)。
三。液位變送器
1.浮球式液位變送器
浮球液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒和安裝部件組成。
磁性浮球的比重一般小于0.5，可以浮在液面上方，沿測量導(dǎo)管上下移動。導(dǎo)管上裝有測量元件，在外磁作用下，可將被測液位信號轉(zhuǎn)換成與液位變化成正比的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4 ~ 20mA或其他標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。變送器為模塊化電路，防酸、防潮、防震、防腐蝕。該電路包含恒流反饋電路和內(nèi)部保護電路，可使最大輸出電流小于28mA，從而可靠地保護電源，防止二次儀表損壞。
2.浮子式液位變送器
浮子式液位變送器是將磁性浮球變成浮球，是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計的。浮子液位變送器采用微小金屬薄膜應(yīng)變傳感技術(shù)，測量液體的液位、邊界或密度。工作時，現(xiàn)場按下按鈕即可進行常規(guī)設(shè)置操作。
3.靜壓或液位變送器
變送器基于靜水壓力的測量原理工作。一般采用硅壓力傳感器將測得的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大電路放大，再經(jīng)補償電路補償，最終以4 ~ 20ma或0 ~ 10ma電流的形式輸出。
四。電容式液位變送器
電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)測量和控制生產(chǎn)過程。主要用于遠距離連續(xù)測量和指示導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)的液位或粉狀固體液位。
電容式液位變送器由電容式傳感器和電子模塊電路組成。它基于4 ~ 20 mA的雙線恒流輸出。轉(zhuǎn)換后可以三線或四線輸出。輸出信號形成1 ~ 5 V、0 ~ 5 V、0 ~ 10 mA等標(biāo)準(zhǔn)信號。該傳感器由一個絕緣電極和一個裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。物位升高時，由于非導(dǎo)電材料的介電常數(shù)明顯低于空氣體，電容隨材料高度變化。發(fā)射機的模塊電路由參考源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流單元組成。基于脈寬調(diào)制原理的測量具有頻率低、對周圍元件無射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性度好、無明顯溫漂等優(yōu)點。
動詞 （verb的縮寫）超聲發(fā)射機
超聲波發(fā)射器分為通用超聲波發(fā)射器(不帶表頭)和集成超聲波發(fā)射器，常用集成超聲波發(fā)射器。
集成超聲換能器由表頭(如LCD顯示器)和探頭組成。這種直接輸出4 ~ 20 mA信號的傳感器是由小型化的敏感元件(探頭)和電子電路組合而成的，因而體積更小，重量更輕，價格更便宜。超聲波變送器可用于液位測量。物位測量、渠道和明渠的流量測量等。，可用于測量距離。
六、銻電極酸度變送器
電極酸度變送器是集PH檢測、自動清洗、電信號轉(zhuǎn)換于一體的工業(yè)在線分析儀。它是由銻電極和參比電極組成的PH測量系統(tǒng)。在待測酸性溶液中，銻電極表面會形成三氧化二銻氧化層，使金屬銻表面與三氧化二銻之間形成電位差。電勢差的大小取決于三氧化二銻的濃度，其對應(yīng)于待測酸溶液中氫離子的適度。如果把銻、三氧化二銻和水溶液的適度都看作1，就可以用能斯特公式計算電極電位。
電極酸度變送器中的固體模塊電路由兩部分組成。為了現(xiàn)場操作的安全，電源部分采用交流24V為二次儀表供電。該電源不僅為清潔電機提供驅(qū)動電源，還應(yīng)通過電流轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的DC電壓供傳輸電路使用。第二部分是測量發(fā)射電路，將傳感器傳來的參比信號和PH酸度信號放大后送至斜率調(diào)節(jié)和定位調(diào)節(jié)電路，使信號的內(nèi)阻減小和調(diào)節(jié)。放大的PH信號和溫度得到補償。
信號疊加后送入轉(zhuǎn)換電路，最終輸出與pH值對應(yīng)的4 ~ 20 mA恒流信號給二次儀表，完成顯示和控制PH值。
七、酸、堿、鹽濃度變送器
酸、堿、鹽的濃度變送器通過測量溶液的電導(dǎo)值來確定濃度?？蛇B續(xù)檢測工業(yè)過程中水溶液中酸、堿、鹽的濃度。該變送器主要用于鍋爐給水處理、化學(xué)溶液制備、環(huán)境保護等工業(yè)生產(chǎn)過程。
酸堿鹽濃度變送器的工作原理是:在一定范圍內(nèi)，酸堿溶液的濃度與其電導(dǎo)率成正比。所以酸堿濃度只有通過測量溶液電導(dǎo)率的變化才能知道。當(dāng)被測溶液流入一個特殊的電導(dǎo)池時，如果忽略電極極化和分布電容，可以等效為一個純電阻。恒壓交流電流動時，輸出電流與電導(dǎo)率成線性關(guān)系，電導(dǎo)率與溶液中酸堿的濃度成正比。所以只要測出溶液的電流，就可以計算出酸、堿、鹽的濃度。
酸堿鹽濃度變送器主要由電導(dǎo)池、電子模塊、顯示儀表和外殼組成。電子電路由激勵電源、電導(dǎo)池、電導(dǎo)放大器、相敏整流器、解調(diào)器、溫度補償、過載保護和電流轉(zhuǎn)換組成。
八、電導(dǎo)率變送器
它是一種流量計(集成變送器)，通過測量溶液的電導(dǎo)率來間接測量離子濃度。它可以在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中水溶液的電導(dǎo)率。
因為電解質(zhì)溶液和金屬導(dǎo)體一樣是很好的電導(dǎo)體，所以電流流過電解質(zhì)溶液時必然存在電阻，并且符合奧姆定律。而液體的電阻溫度特性與金屬導(dǎo)體相反，具有負溫度特性。與金屬導(dǎo)體不同，電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率是用電導(dǎo)率(電阻的倒數(shù))或電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))來表示的。當(dāng)兩個相互絕緣的電極組成電導(dǎo)池時，如果將待測溶液放在池的中間，通上恒壓交流電，就會形成電流回路。如果電壓和電極尺寸固定，回路電流和電導(dǎo)率之間會有一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，通過測量在待測溶液中流動的電流，可以測量待測溶液的電導(dǎo)率。
電導(dǎo)變送器的結(jié)構(gòu)和電路與酸、堿、鹽濃度變送器相同。
九、智能變送器
智能變送器由傳感器和微處理器(微機)組成。它充分利用了微處理器的計算和存儲能力，可以對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，包括測量信號調(diào)理(如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等。)、數(shù)據(jù)顯示、自動校正和自動補償?shù)取?/p>
微處理器是智能變送器的核心。它不僅可以計算、存儲和處理測量數(shù)據(jù)，還可以通過反饋回路調(diào)整傳感器，使采集的數(shù)據(jù)達到最優(yōu)。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，它可以完成傳統(tǒng)發(fā)射機難以完成的任務(wù)。因此，智能變送器降低了傳感器的制造難度，大幅度提高了傳感器的性能。
此外，智能變送器還具有以下特點:
1.具有自動補償能力，可以通過軟件自動補償傳感器的非線性、溫度漂移和時間漂移。自診斷，通電后自檢傳感器，檢查傳感器各部分是否正常，并做出判斷。數(shù)據(jù)處理方便準(zhǔn)確，可根據(jù)內(nèi)部程序自動處理數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計處理、剔除異常值等。
2.它具有雙向通信功能。微處理器不僅可以接收和處理傳感器數(shù)據(jù)，還可以將信息反饋給傳感器，從而調(diào)節(jié)和控制測量過程?？梢源鎯陀洃浶畔?，并且可以存儲傳感器的特性數(shù)據(jù)、配置信息和補償特性。
3.具有數(shù)字量接口輸出功能，可方便地將輸出的數(shù)字信號與計算機或現(xiàn)場總線連接。