基本信息

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。传感器和变送器共同构成自动控制的监控信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。工业控制仪表上使用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。

变送器基于负反馈原理，主要由测量部分、放大器和反馈部分组成。

测量部分用于检测被测变量x，并将其转换为放大器可接受的输入信号Zi（电压、电流、位移、作用力或力矩等信号）。反馈部分将变送器的输出信号y转换为反馈信号Zf，然后返回到输入端。Zi与调零信号Zo代数和同反馈信号Zf比较，其差值ε输入放大器，转换成标准输出信号y。

图：现场温度变送器

主要概念

应用于工业现场，能输出标准信号的传感器称为变送器。变送器有时与传感器通用。

在《自动控制原理》中，变送器是将传感器的输出信号转换为可被控制器识别的信号的转换器。有时与传感器通用，因为大多数现代传感器的输出信号已经是通用控制器可以接收的信号，可以直接由控制器识别，而无需变送器的转换。因此，在传统意义上“变送器”意义应为：“将传感器的输出信号转换为可被控制器或测量仪器接收的标准信号的仪器”。自动控制：信号源->传感器->变送器->运算控制器->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通信协议输出的设备。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。

保护功能

1、输变送器入过载保护；

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。

原理

变送器为中文名称，英文为：TRANSMITTER

顾名思义，变送器含有“变”和“送”之意。

所谓“变”，是指从传感器的各种物理量转换为电信号。例如，使用热电偶将温度转换为电势；使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，现代变送器将各种物理信号转换为电信号。因此，我们所说的变送器通常会变成电信号“电”。

所谓“送”是指为了方便其他仪器或控制装置的接收和传输，通过电子线路再次统一传感器的电信号（如4-20）MA）。该方法是通过多个操作放大器来实现的。“变”+“送”，形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。

图：单晶硅差压变送器

分类

1.变送器按输出信号类型可分为电流输出型和电压输出型。

(1)电压输出变送器具有恒压源的性质，PLC模拟输入模块的电压输入阻抗非常高。如果传输距离较远，模块输入阻抗上的小干扰信号电流会产生较高的干扰电压，因此远程传输的模拟电压信号的抗干扰能力较差。但是，它适用于向多个并联仪器发送相同的信号，并且安装简单。其中一个仪器的拆卸不会影响其他仪器的工作，降低了输出水平的耐压性要求，从而提高了仪器的可靠性。电压信号的范围为1～5 V、0～10 v、一10～10 V，首先为1～5 V、0～10 V。

(2)电流输出式变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC当模拟输入模块的输入为电流时，输入阻抗较低，模块上干扰信号产生的干扰电压很低，因此模拟电流信号适用于远程传输，使用屏蔽电缆信号线可达数百米。电流信号的标准为0～10 mA、0～20 mA、4～20 mA，首选为4～20 mA，0 mA通常被用作电路故障或电源故障指示信号。

电流信号传输和电压信号传输各有特点。电流信号适用于远距离传输。电压信号允许仪器使用“并联制”连接。因此，在控制表系统中，进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内仪表之间的联系采用电压信号，即连接方式为电流传输.并联电压信号的方式。

变送器分为二线系统和四线系统。四线变送器有两条电源线和两条信号线，对电流信号的功耗没有严格的要求。二线变送器只有两条外部接线。它们既是电源线又是信号线。电流信号的下限不能为零，但二线变送器接线少，传输距离长，在工业上应用最为广泛。

2.根据所用能源的不同，变送器分为气动变送器和电动变送器。

(1)气动变送器

干燥气动变送器、洁净的压缩空气为能量，它可以测量各种参数(如温度、压力、流量和液位等)变换成0．02～0.1IMPa气压信号可以传输到调节信号.显示和其他单元组合仪表，供应指示、记录或调整。气动变送器结构简单，工作可靠，对电磁场有利.辐射和温度.湿度等环境影响具有较强的抗干扰能力，能防火.防爆，价格也比较便宜；缺点是反应速度慢，传输距离有限，与计算机连接困难。

(2)电动变送器

电动变送器以电为能源，信号连接更方便，适合远程传输，便于与电子计算机连接。近年来，它还可以实现防爆和安全使用。其缺点是投资一般较高，温度、湿度、电磁场和放射线的干扰影响很大:电动变送器能将各种被测参数变换为0～10V或4～20mA(直流电流的统一标准信号)，以便传送给自动控制系统中的其他单元。

如何优劣辨别

生产数据市场化后，竞争加剧，变送器真假优劣难辨，由于变送器是边缘学科，许多工程设计人员不熟悉，部分厂家产品工业水平和民用商业水平指标混淆（工业价格是民用商业水平的2-3倍）。

以常用的0.5级精度电流电压变送器为例，从以下方法入手来辨别真假优劣：

1、基准要稳，4mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机3分锺内4mA的零位漂移变化不超过4.000mA0.5%以内；（即3.98-4.02mA），负载250Ω上的压降为0.995-1.005V，国外IC芯片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；

2、内电路总计消耗电流<4mA，加整定后等于4.000mA，而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；

3、当工作电压24.000V时，满量程20.000mA时，满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化；变化不超过20.000mA0.5%以内；

4、当满量程20.000mA时，负载250Ω时， 变送器（图4）满量程20.000mA的读数不会因工作电压15.000V-30.000V变化而变化；变化不超过20.000mA0.5%以内；

5、当原边过载时，输出电流不超过25.000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电路的更遭殃；

6、当工作电压24V接反时不得损坏变送器，必须有极性保护；

7、当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位，不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只TVS瞬态保护二极管1.5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击，瞬态承受冲击功率1.5KW-3KW；

8、产品标示的线性度0.5%是绝对误差还是相对误差，可以按以下方法来辨别方可一目了然：符合下述指标是真的线性度0.5%；

原边输入为零时输出4mA正负0.5%（3.98-4.02mA）， 变送器（图5）负载250Ω上的压降为0.995-1.005V；

原边输入10%时输出5.6mA正负0.5%（5.572-5.628mA）负载250欧姆上的压降为1.393-1.407V；

原边输入25%时输出8mA正负0.5%（7.96-8.04mA）负载250Ω上的压降为1.990-2.010V；

原边输入50%时输出12mA正负0.5%（11.94-12.06mA）负载250Ω上的压降为2.985-3.015V；

原边输入75%时输出16mA正负0.5%（15.92-16.08mA）负载250Ω上的压降为3.980-4.020V；

原边输100%时输出20mA正负0.5%（19.90-20.10mA）负载250Ω上的压降为4.975-5.025V。

9、原边输入过载时必须限流： 变送器（图6）原边输入过载大于125%时输出过流限制25mA+10%（25.00-27.50mA）负载250Ω上的压降为6.250-6.875V；

10、感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别：在两线输出端口并一个交流50V指针式表头，用交流50V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口，看有无箝位，箝位多少伏可一目了然啦；

11、有无极性保护的辨别：用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口，总有一次Ω阻值无限大，就有极性保护；

12、有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100%时或过载大于125%-200%时，将负载250Ω短路，测量短路保护限制是否在25mA+10%；

13、工业级别和民用商用级别的辨别：工业级别工作温度范围是-25度到+70度，温漂系数是每度变化100ppm，即温度每度变化1度，精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是0度（或-10度）到+70度（或+50度），温漂系数是每度变化250ppm，即温度每度变化1度，精度变化为万分之二点五；电流电压变送器的温漂系数可以用恒温箱或高低温箱来试验验证较繁琐。

上述13种方法也可与其他变送器的真实性进行区分。

图：扩散硅压力变送器

影响因素

影响变送器精度的因素很多，主要有以下几种。

（1）非线性元件影响常规电压。大多数电流变送器是交流转换器（小互感器）。二次工频交流信号经整流、滤波和稳压后获得最终直流信号。由于整流二极管是非线性设备，其电压和电流曲线具有非线性特性。

（2）传统统的变送器转换中，铁芯材料被用作磁性介质。一方面，由于铁磁材料的非线性特性（磁化喵线的起始区和饱和区），它不是一个理想的线性传输关系，因此它将不可避免地影响变送器的精度。另一方面，由于铁磁材料的磁性滞性，铁芯也会影响变送器的精度。一般在工作频率范围内，常规硅钢板滞后角为0°～15°内部变化，这个滞后角度的存在相当于增加无功功率的组成。由于常规功率变送器通过乘法器计算电压和电流信号来获得功率，因此滞后角度也会影响功率变送器的精度。

（3）运算放大器的影响常规电力变送器多由运算放大器组成，温度对运算放大器的工作影响较大，温度变化较大，“零”点漂移，使工作点不稳定，直接影响变送器的精度和可靠性。

（4）虽然变送器设定值的选择影响变送器的设定值在选择时尽可能接近全值，但变送器在实际使用过程中往往无法在线性区域工作，导致误差。

（5）阻抗不匹配引起的误差影响。

（6）系统不平衡的影响，传统变送器的计算功率通常被认为是平衡的，但实际上是不平衡的，这种系统不平衡往往会影响变送器的精度。

常见故障

1、安装时，变送器的压力敏感部件应垂直于重力方向。如果安装条件有限，应在安装固定后将变送器零位调整到标准值。

2、残留的压力无法释放，因此传感器零不能下降。排除这一原因的最佳方法是拆卸传感器，直接检查零是否正常，如果密封圈正常更换，请再次尝试。

3、加压变送器输出不变，加压变送器输出突然变化，减压变送器零位无法返回。造成这种现象的原因很可能是由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、负载设备之间是否有接线错误。如果变送器端子上没有电压或极性连接，变送器将没有电压信号输出。

5、压力传感器和变送器外壳一般需要接地，信号电缆不得与动力电缆混合，传感器和变送器周围应避免强电磁干扰。传感器和变送器应按行业规定进行周期验证。

6、用户在选择压力传感器和变送器时，应充分了解压力测量系统的工况，根据需要合理选择，使系统处于最佳状态，降低工程成本。

7、通过隔离器和元件中的填充物传输到测量膜的两侧。测量膜与两侧绝缘膜上的电极形成电容器。

8、压力变送器需要每周检查一次，每月检查一次，主要是清除仪器内的灰尘，仔细检查电气元件，经常校对输出电流值，压力变送器内部弱电，必须与外部强电隔离。

发展趋势

压力变送器技术发展：

压力.差压变送器是过程变量变送器中最重要的一类，除了可用于压力外，应用范围很广.除了差压测量，它还可以用于流量.液位.其它参数测量，如比重。一个50000t/d对于水泥生产线，压力变送器必须设置在工艺流程的关键部位，如窑头.窑尾、各级预热器的顶部和底部、风管和冷却器的每个房间，以监测工艺的正常运行。据统计，一条新的干式水泥生产线需要约80台压力变送器。

根据测量机理，压力变送器分为最常用的电容式.电感式.扩散硅.振弦式等。除了用于测量窑头负压的DR型微差压变送器的精度为0.5%，其余大多为0.25%，其特点是采用4.5%mA～20mA传动模拟仪表，就地显示表头为指针式，量程比在6:1左右，稳定性为6个月，这是第一代模拟变送器。第二代产品是智能变送器，智能的概念是：传感器和变送器由微处理器驱动，具有通信和自我诊断的能力。智能压力变送器除具有高精度(0.1%~0.0.075%)、大量程比(最大可达100:1)和高稳定性(1~5年)外，一般具有HART协议或生产公司协议，后期产品也有符合现场总线国际标准的协议FF或PROFIBUS-PA协议，其就地显示表改为数字式，也可在控制系统中用手操作或远程配置，实现远程设置或远程修改变送器配置数据。

进入21世纪，第三代数字智能变送器逐渐进入人们的视野。由于先进的检测技术，第三代变送器消除了水分.粉尘和其他恶劣的现场环境对变送器的测量有更高的精度。据说它的精度比0.05%更好；量程分类更细，量程比扩大到200？1；稳定性超过5年；通信协议更加完整，新的变送器也通过了安全论证，可以保证工艺条件超过临界值时安全停机。由于第二代变送器已经能够满足水泥厂的监测要求，第三代变送器的价格仍然很高，笔者认为不适合在水泥厂推广。

智能温度变送器技术发展：

温度也是工艺变量变送器中非常重要的一类，它是流量测量.密度和其它过程变量的基本要素之一。一个50000t/d温度变送器必须设置在工艺流程和重要设备的关键部位。据统计，一条新的干法水泥生产线需要约80~100台压力变送器。

在温度测量发展的基础上，取得了很大的进展，也促进了温度变送器在过程控制领域的精度.可靠性和重复性的提高也有助于过程控制质量的不断提高。

所谓智能温度变送器是指将温度传感器技术与附加电子元件相结合的温度变送器。它可以实现远程设置或远程修改模块数据。从目前温度变送器市场和水泥行业的应用来看，智能温度变送器产品主要有三种。从应用和成本的角度来看，每种类型的智能温度变送器都有其优缺点。

1.防风雨温度变送器通常安装在对变送器性能要求高的温度变送器中.苛刻的应用场合，如窑尾.分解炉.五级预热器等。这种温度变送器封装在密封的外壳中，通常由不锈钢制成，精度高.可靠性高.安全性好.防风防雨的主要缺点是价格高。它通常有一个现场头，可以现场监控、调整和组态。

2.DIN导轨安装.仪表使用仪表盘安装的温度变送器DIN导轨安装，通常安装在控制室内。它很便宜，易于安装和维护，可以通过改变配置来匹配不同类型的温度传感器。测量精度较低，因为远程安装的传感器之间的连接线较长。这种温度变送器可用于水泥厂研磨系统。

3.一体化温度变送器可直接安装在温度传感器上DIN在连接头上，其优点是安装成本低，体积小，与各种类型的温度传感器兼容。由于该温度变送器直接安装在温度传感器的连接器上，因此电气连接和传感器连接非常简单。除了水泥厂窑系统的高要求外，还可以使用集成温度变送器，也可以选择研磨系统。

与压力变送器一样，智能温度变送器采用的通信协议处于主导地位HART此外，该协议还符合现场总线的国际标准FF或PROFIBUS-PA协议产品。

过程变量变送器技术发展：

目前工艺变量变送器的主要发展趋势是无线应用.更小的外观尺寸和多变量过程变送器的应用。由于一些大型水泥集团的局部辅助工艺采用了无线技术，无线变送器也将受到中国水泥行业的关注。将无线功能添加到工艺变送器是值得的。考虑到一些水泥厂占用了大量的物理空间，一些工艺测量位置难以安装，而一些工艺测量点的环境非常恶劣，使用传统硬连接安装设备的成本太高。如果工艺变量变送器和控制电路之间的连接被消除，使用无线通信可以节约能源，降低布线和维护成本，因此在工艺变量变送器中增加无线功能是值得的。

在新的干法水泥生产线中，工艺变量变送器作为监测眼非常重要，它精确度、可靠性、稳定性、安全性的提高，为不断提高过程控制质量和最终产品质量做出了贡献。