變送器

變送器

變送器是將感受的物理量、化學量等信息按一定規律轉換成便於測量和傳輸的標準化信號的裝置,是單元組合儀表的組成部分。變送器也可以說是一種輸出為標準化信號的感測器。

基本信息

簡介

變送器變送器

變送器(transmitter)是串聯的,即二根導線同時傳送變送器 。

所需的電源和輸出電流信號,大多數變送器均為二線制變送器;四線制方式中,供電電源、負載電阻是分別與變送器相連的,即供電電源和變送器輸出信號 分別用二根導線傳輸。變送器在不同的工作點工作,其基本誤差值各不相同。所以規定用全量程中可能出現的最大基本誤差來表示變送器的準確度等級。準確度等級是衡量該儀器或儀表測量精度的一個重要指標,準確度等級值越小,表明該儀器或儀表精度越高,反之亦然。

壓力、差壓變送器是過程變數變送器中最重要的一類,套用範圍很廣,除了可用於壓力、差壓測量之外,還可用於流量、液位、比重等其他參數測量。一條5000t/d的水泥生產線,在工藝流程各關鍵部位必須設定壓力變送器,如在窯頭、窯尾,各級預熱器的頂部和底部,各次風管和冷卻機各室等,以監控工藝正常運行。

工作原理

變送器變送器

分類

一、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

變送器一體化溫度變送器

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電流輸出信號。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、輸出信號大、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。

二、壓力變送器

也稱差壓變送器,主要由測壓元件感測器模組電路、顯示表頭、表殼和過程連線件等組成。它

變送器壓力變送器

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圖如圖3所示。其測量原理是:流程壓力和參考壓力分別作用於集成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級電壓信號。由於矽材料的強性極佳,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,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,最後產生與輸入壓力成線性對應關係的標準電流電壓信號。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。

三、液位變送器

1、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於0.5,可漂於液面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信號轉換成正比於液位變化的電阻信號,並將電子單元轉換成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。它在工作時可以通過現場按鍵來進行常規的設定操作。

3、靜壓或液位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信號,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。

變送器電容式物位變送器

四、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,輸出信號形成為1~5V、0~5V、0~10mA等標準信號

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。

五、超音波變送器

分為一般超音波變送器(無表頭)和一體化超音波變送器兩類,一體化超音波變送器較為常用。

一體化超音波變更新器由表頭(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。

超音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。

六、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,它把來自感測器的基準信號和PH酸度信號經放大後送給斜率調整和定位調整電路,以使信號內阻降低並可調節。將放大後的PH信號與溫度被償信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恆流電流信號給二次儀表以完成顯示並控制PH值。

變送器酸、鹼、鹽濃度變送器

七、酸、鹼、鹽濃度變送器

通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。

這種變送器主要套用於鍋爐給水處理、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布電容,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、顯示表頭和殼體組成。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。

八、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,就形成了電流迴路。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。

變送器智慧型變送器

九、智慧型變送器

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存儲能力,可對感測器的數據進行處理,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。

微處理器是智慧型式變送器的核心。它不但可以對測量數據進行計算、存儲和數據處理,還可以通過反饋迴路 對感測器進行調節,以使採集數據達到最佳。由於微處理器具有各種軟體硬體功能,因而它可以完成傳統變送器難以完成的任務。所以智慧型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性能。另外,智慧型式變送器還具有以下特點:

1、具有自動補償能力,可通過軟體對感測器的非線性、溫漂、時漂等進行自動補償。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。數據處理方便準確,可根據內部程式自動處理數據,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感測器數據,還可將信可進行信息存儲和記憶,能存儲感測器的特徵數據、組態信息和補償特性等。

3、具有數字量接口輸出功能,可將輸出的數位訊號方便地和計算機或現場匯流排等連線。

信號

標準化的電信號為直流4~20毫安,標準化的氣信號為0.02~0.1兆帕。例如,電容式壓力變送器感受壓力量,利用電容感測器的原理和測量變換電路,將壓力量轉換為直流4~20毫安的標準電信號輸出。在變送器內一般需要有把信號變為標準化信號的器件。

干擾源

感測器及儀器儀表在現場運行所受到的干擾多種多樣,具體情況具體分析,對不同的干擾採取不同的措施是抗乾

變送器干擾信號
擾的原則。這種靈活機動的策略與普適性無疑是矛盾的,解決的辦法是採用模組化的方法,除了基本構件外,針對不同的運行場合,儀器可裝配不同的選件以有效地抗干擾、提高可靠性。在進一步討論電路元件的選擇、電路和系統套用之前,有必要分析影響模擬感測器精度的干擾源及干擾種類。
以下為主要的干擾源。

(1)靜電感應

靜電感應是由於兩條支電路或元件之間存在著寄生電容,使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去,因此又稱電容性耦合

(2)電磁感應

當兩個電路之間有互感存在時,一個電路中電流的變化就會通過磁場耦合到另一個電路,這一現象稱為電磁感應。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行導線等。

(3)漏電流感應

由於電子線路內部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內部介質外殼絕緣不良,特別是感測器的套用環境濕度較大,絕緣體的絕緣電阻下降,導致漏電電流增加就會引起干擾。尤其當漏電流流入測量電路的輸入級時,其影響就特別嚴重。

(4)射頻干擾

主要是大型動力設備的啟動、操作停止的干擾和高次諧波干擾。如可控矽整流系統的干擾等。

(5)其他干擾

現場安全生產監控系統除了易受以上干擾外,由於系統工作環境差,還容易受到機械干擾、熱干擾及化學干擾等。

抗干擾措施

對感測器、儀器儀表正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈衝干擾,產生尖峰干擾的用電設備有:電焊機、大電機可控機繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈,甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬體軟體結合的辦法來抑

變送器干擾控制器
制。

(1)用硬體線路抑制尖峰干擾的影響

常用辦法主要有三種:
①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;
②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈衝
③在儀器交流電源的輸入端並聯壓敏電阻,利用尖峰脈衝到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響。

(2)利用軟體方法抑制尖峰干擾

對於周期性干擾,可以採用編程進行時間濾波,也就是用程式控制可控矽導通瞬間不採樣,從而有效地消除干擾。

(3)採用硬、軟體結合的看門狗技術

它抑制尖峰脈衝的影響,在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計時,正常程式運行,該定時器不會產生溢出脈衝,看門狗(watchdog)也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現了“飛程式”,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信號就會出現,從而引起系統復位中斷,保證智慧型儀器回到正常程式上來。

(4)實行電源分組供電

例如:將執行電機的驅動電源與控制電源分開,以防止設備間的干擾。

(5)採用噪聲濾波器

它抑制交流伺服驅動器的干擾該措施對以上幾種干擾現象都可以有

變送器隔離變壓器

效地抑制。

(6)採用隔離變壓器

考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級之間均用禁止層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。

(7)採用高抗干擾性能的電源

如利用頻譜均衡法設計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈衝轉換成低電壓峰值(電壓峰值小於TTL電平)的電壓,但干擾脈衝的能量不變,從而可以提高感測器、儀器儀表的抗干擾能力。

和感測器區別

感測器是能夠受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱,通常由敏感元件和轉換

變送器感測器
元件組成。感測器SENSOR:國家標準GB7665-87對感測器下的定義是:“能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。它是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,並能將檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的輸出,滿足信息的傳輸、存儲、顯示、記錄和控制要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
變送器(transmitter):當信號變換器與感測器做成一體時,就稱為變送器。根據《中國大百科全書》的定義,變送器,輸出為標準信號的感測器。國家標準的定義:使輸出為規定標準信號的裝置稱為變送器。

所選擇的數字輸出信號應符合變送器準確度和回響時間以及通信系統的要求。感測器是能夠受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱,通常由敏感元件和轉換元件組成。當感測器的輸出為規定的標準信號時,則稱為變送器。變送器的概念是將非標準電信號轉換為標準電信號的儀器,感測器則是將物理信號轉換為電信號的器件,過去常講物理信號,現在其他信號也有了。一次儀表指現場測量儀表或基地控制表,二次儀表指利用一次表信號完成其他功能:諸如控制,顯示等功能的儀表。

發展

1、國產變送器的早期發展回顧

變送器變送器
1958年開始,中國開始研製電動單元組合儀表;1964年,全套27個品種的DDZ-I型儀表全部投入生產;從1965年
起,中國開始規劃DDZ-II型電動單元組合儀表並於1970年組織了DDZ-II型電動單元組合儀表統一設計;與此同時,氣動單元組合儀表QDZ-I、QDZ-II也研製成功;上世紀七十年代中期開始研製DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表和QDZ-III氣動單元組合儀表。其中變送器也是上述單元組合儀表中一個重要的類別,初期生產的是力平衡式(如QDZ-II型變送器、部分DDZ-II型變送器),後開發矢量平衡式變送器(如QDZ-III型變送器、部分DDZ-II型變送器、DDZ-III型變送器),精確度指標大部分0.5%、1.0%,量程比為4:1~10:1。國產變送器製作粗糙,穩定性差,精確度低,量程比小,調整不方便,產品種類少。1978年中國開始改革開放,1979年西安儀表廠羅斯蒙特公司簽訂1151電容式壓力/差壓變送器的技術轉讓契約,這是中國儀器儀表行業引進的第一個重要產品技術轉讓契約。對於變送器行業乃至整個儀器儀表行業來說,這應該是一個標誌性的事件。

2、中國國內變送器市場的競爭

自從西安儀表廠引進羅斯蒙特公司1151壓力(差壓)電容式變送器後,開創了國外高性能變送器快速進入中國市場的先例,隨後日本富士公司FC系列變送器、日本日立公司EDR/EPR系列變送器也在蘭煉儀表廠、大連儀表廠引進生產。而隨著國外儀器儀表公司變送器產品的大量湧入,國內生產廠和用戶都逐步熟悉了包括美國羅斯蒙特、美國霍尼韋爾、日本橫河、德國E+H、美國福克斯波羅、日本富士、日本日立、美國摩爾工業、美國Smar等公司生產的產品。上世紀90年代初期,四川儀表總廠與橫河公司合資成立重慶川儀橫河公司(後改成重慶橫河川儀公司),生產EJA系列變送器,同時通過川儀總廠及橫河公司在華的銷售網路大力推銷,年銷售額快速增長,2007年變送器產品市場訂貨量達18萬台,其風頭遠遠超過羅斯蒙特公司的變送器類產品。ABB公司1999年推出MV2000T智慧型變送器後,也採用了與羅斯蒙特公司橫河公司幾乎相同的方式,在中國尋求合作夥伴--上海威爾泰公司,合資建立生產線,並取得了年銷售數萬台的業績。日本富士公司也與浙江中控自動化儀表公司合作生產CXT變送器。近年來,由於跨國公司在中國變送器的銷售量大幅增長,除了引進技術或合資生產這種方式外,西門子、德國E+H、ABB均已在中國建立自己的獨資變送器生產線。

主要廠家

變送器變送器
1、重慶市偉岸(WECAN)測器製造有限公司
2、北京華控技術有限責任公司
3、上海光華儀表有限公司
4、上海威爾泰工業自動化有限公司
5、上海涌緯自控成套設備有限公司
6、北京國電中自電氣有限公司

圖解製作

變送器變送器製作

變送器的密封圈被壓縮到感測器引壓口裡面

變送器 的密封圈被壓縮到感測器引壓口裡面堵塞感測器,加壓時壓力介質進不去,但是壓力很大時突然沖開密封圈,壓力感測器受到壓力而變化,而壓力再次降低時,密封圈又回位堵住引壓口,殘存的壓力釋放不出,因此感測器零位又下不來。排除此原因的最佳方法是將感測器卸下,直接察看零位是否正常。
變送器通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。當兩側壓力不一致時,致使測量膜片產生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側電容量就不等,通過振盪和解調環節,轉換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同,所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。
變送器要檢查敏感部件隔離膜片有無變形,破損和漏油現象發生。拆下補償板,不取出敏感部件,檢查插針對殼體的絕緣電阻,在電壓不超過100V的情況下,絕緣電阻不應小於100MΩ。接通電路和氣路,當壓力信號為量程上限值時,關閉氣源,輸出電壓和讀數值應穩定不動。如果輸出電壓下降,則說明變送器有泄漏,可用肥皂水檢查出泄漏部位。
變送器的另外一個是溫度補償範圍,正常工作溫度範圍是指變送器在工作狀態下不被破壞的時候的溫度範圍,在超出溫度補償範圍時可能會達不到其套用的性能指標。溫度補償範圍是一個比工作溫度範圍小的典型範圍。在這個範圍內工作變送器肯定會達到其應有的性能指標。溫度變從兩方面影響著其輸出。

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