文章目录

• 什么是传感器和发射器？
• 变送器和传感器有什么区别和联系？
• 各种传感器的特性
• 各种变送器的特性

标准(变送器和传感器之间的区别和联系)

什么是传感器和发射器？

传感器是能按规定进行测量，并按一定规则转换成可用的输出信号的器件或装置的总称。它通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出是规定的标准信号时，称为变送器。

变送器的概念是把非标准电信号转换成标准电信号的仪器，而传感器是把物理信号转换成电信号的装置。过去经常使用物理信号，但现在有了其他信号。一次仪表是指现场测量仪表或基地控制仪表，二次仪表是指利用一次仪表的信号完成控制、显示等其他功能的仪表。

变送器和传感器有什么区别和联系？

传感器和变送器是热工仪表的概念。传感器将温度、压力、液位、材料、气体特性等非电物理量转换成电信号或直接将压力、液位等物理量发送给变送器。

变送器是将传感器采集到的微弱电信号放大后传送或启动控制元件的信号源，或者将传感器输入的非电量转换成电信号放大后用于远程测控。根据需要，模拟量也可以转换成数字量。传感器和变送器共同构成自动控制监控信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。另一种变送器不是将物理量转换成电信号的“差压变送器”，如锅炉水位计。它是将水位传感器下部的冷凝水和蒸汽上部的冷凝水通过仪表管送到变送器波纹管两侧，利用波纹管两侧的压差驱动机械放大器用指针指示水位的远程仪表。当然，把电气模拟量转换成数字量的也可以称为变送器。以上只是对传感器和变送器区别的概念性解释。

各种传感器的特性

一、传感器的定义

国家标准GB7665-87将传感器定义为:“能够感知规定的测量值，并按照一定的规则将其转换成可用信号的装置或设备，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种能够感知被测信息的检测装置，能够将感知到的信息按照一定的规则转换成电信号或其他需要的信息输出，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。这是实现自动检测和自动控制的第一步。

二。传感器的分类

目前传感器没有统一的分类方法，但常用的方法有三种:

1.按传感器的物理量可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器。

2.根据传感器的工作原理，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

3.根据传感器输出信号的性质，可分为:输出为开关量(“1”和“0”或“通断”)的开关型传感器；输出是模拟传感器；输出脉冲或代码的数字传感器。

三。传感器的静态特性

传感器的静态特性是指对于静态输入信号，传感器的输出和输入之间的关系。此时的输入和输出与时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性，可以用一个没有时间变量的代数方程来描述，或者用输入为横坐标，对应的输出为纵坐标绘制的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数是线性度、灵敏度、分辨率和滞后。

四。传感器的动态特性

所谓动态特性，是指传感器在其输入发生变化时的输出特性。在实践中，传感器的动态特性通常通过其对一些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应很容易通过实验方法获得，其对标准输入信号的响应与对任何输入信号的响应之间存在一定的关系。人们通常知道前者可以用来推断后者。最常用的标准输入信号是阶跃信号和正弦信号，因此传感器的动态特性往往用阶跃响应和频率响应来表示。

动词 （verb的缩写）传感器的线性度

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是曲线而不是直线。在实际中，为了使仪表具有统一的刻度读数，常常用一条拟合直线来近似表示实际的特性曲线，而线性度(非线性误差)就是这种近似的一个性能指标。

有许多方法可以选择拟合线。比如连接零输入和满量程输出点的理论直线作为拟合直线；或者取特性曲线上各点偏差平方和最小的理论直线作为拟合直线，称为最小二乘拟合直线。

不及物动词传感器的灵敏度

灵敏度是指稳态运行下传感器的输出变化△y与输入变化△x之比。

它是输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间存在线性关系，则灵敏度s是常数。否则，它会随着输入量的变化而变化。

敏感度的维度是输出和输入的维度之比。比如位移传感器位移变化1mm，输出电压变化200mV时，其灵敏度应表示为200 mV/mm。

当传感器的输出和输入的尺寸相同时，灵敏度可以理解为放大倍数。

提高灵敏度，获得更高的测量精度。但是灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性越差。

七。传感器的分辨率

分辨率是指传感器感知最小测量变化的能力。也就是说，如果输入量从非零值缓慢变化。当输入变化值不超过一定值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器无法分辨输入值的变化。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。

通常情况下，传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，所以往往以能使输出在满量程范围内阶跃变化的输入的最大变化值作为衡量分辨率的指标。如果上述指标用满量程的百分比表示，则称为分辨率。

八、电阻传感器

电阻传感器是将测量的位移、变形、力、加速度、湿度、温度等物理量转换成电阻值的器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻传感器件。

九、电阻应变传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械变形，使电阻值发生相应变化。电阻应变计有两种类型:金属应变计和半导体应变计。金属应变片可分为丝式、箔式和薄膜式。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝和箔的几十倍)、横向效应小等优点。

十、压阻传感器

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应，在半导体材料衬底上制作扩散电阻的器件。衬底可以直接用作测量传感器组件，并且扩散电阻器以桥的形式连接在衬底中。当基板受到外力变形时，各个电阻值会发生变化，电桥会产生相应的不平衡输出。

用作压阻传感器的衬底(或膜片)主要是硅晶片和锗晶片。以硅片为敏感材料制成的硅压阻传感器越来越受到人们的关注，尤其是用于测量压力和速度的固态压阻传感器最为常见。

XI。热阻传感器

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化的特性来测量温度以及与温度相关的参数。当要求温度检测精度时，这种传感器更合适。目前广泛使用的热电阻材料有铂、铜、镍等。它们具有电阻温度系数大、线性度好、性能稳定、工作温度范围宽、易于加工等特点。用于测量-200℃ ~ 500℃范围内的温度。

十二。传感器的滞后特性

滞后表征了传感器的输出-输入特性曲线在正向(输入量增加)和反向(输入量减少)冲程之间不一致的程度，通常用两条曲线之间的最大差值△MAX和满量程输出FS的百分比来表示。滞后现象可能是由传感器内部组件中存在的能量吸收引起的。

各种变送器的特点传感器和变送器在仪器仪表和工业自动化领域发挥着重要的作用。与传感器不同，变送器不仅能将非电量转化为可测量的电量，一般还具有一定的放大功能。本文简要介绍各种变送器的特点，供用户选择。

各种变送器的特性

I .集成温度变送器

集成温度变送器通常由温度测量探头(热电偶或热电阻传感器)和双线固态电子单元组成。测温探头以固体模块的形式直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。集成式温度变送器一般分为热电阻和热电偶两种。

热电阻温度变送器由基准单元、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。热电阻信号经转换放大后，用线性电路补偿温度与电阻的非线性关系，由V/I转换电路输出与被测温度线性相关的4 ~ 20 mA恒流信号。

热电偶温度变送器一般由参考源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、去耦处理、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通过冷端补偿放大，然后通过线性电路消除热电势与温度之间的非线性误差，最后放大转换成4 ~ 20mA电流输出信号。为防止热电偶测量时热电偶断线导致温度控制失效而发生事故，变送器还设有断电保护电路。当热电偶损坏或连接不良时，变送器将输出最大值(28mA)切断仪器电源。

本发明具有结构简单、节省导线、输出信号大、抗干扰能力强、线性度好、显示仪表简单、抗震防潮固体模块、反接保护和限流保护、运行可靠等优点。

集成温度变送器的输出为统一的4 ~ 20mA信号；可与微机系统或其他常规仪器配套使用。也可根据用户要求制成防爆或防火计量器具。

二、压力变送器

压力变送器又称差压变送器，主要由压力测量元件传感器、模块电路、显示仪表、外壳和过程连接器组成。它能将接收到的气体、液体等压力信号转换成标准的电流、电压信号，供给指示报警器、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是:工艺压力和参考压力分别作用在集成硅压力敏感元件两端，压差引起硅片变形(位移很小，只有微米)，使硅片上半导体工艺制作的全动态惠斯通电桥在外部电流源驱动下输出与压力成正比的mV电压信号。由于硅材料的优良强度，输出信号的线性度和变化指标都很高。工作时，压力变送器将测量的物理量转换成毫伏级的电压信号，送至具有高放大倍数的差分放大器，以抵消温度漂移。通过电压-电流转换将放大后的信号转换成相应的电流信号，经过非线性校正后，最终产生与输入压力线性对应的标准电流-电压信号。

压力变送器按压力测量范围可分为一般压力变送器(0.001 MPa ~ 20 MP3)和差压变送器(0 ~ 30 kpa)。

三。液位变送器

1.浮球式液位变送器

浮球液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒和安装部件组成。

磁性浮球的比重一般小于0.5，可以浮在液面上方，沿测量导管上下移动。导管上装有测量元件，在外磁作用下，可将被测液位信号转换成与液位变化成正比的电阻信号，并将电子单元转换成4 ~ 20mA或其他标准信号输出。变送器为模块化电路，防酸、防潮、防震、防腐蚀。该电路包含恒流反馈电路和内部保护电路，可使最大输出电流小于28mA，从而可靠地保护电源，防止二次仪表损坏。

2.浮子式液位变送器

浮子式液位变送器是将磁性浮球变成浮球，是根据阿基米德浮力原理设计的。浮子液位变送器采用微小金属薄膜应变传感技术，测量液体的液位、边界或密度。工作时，现场按下按钮即可进行常规设置操作。

3.静压或液位变送器

变送器基于静水压力的测量原理工作。一般采用硅压力传感器将测得的压力转换成电信号，经放大电路放大，再经补偿电路补偿，最终以4 ~ 20ma或0 ~ 10ma电流的形式输出。

四。电容式液位变送器

电容式物位变送器适用于工业企业测量和控制生产过程。主要用于远距离连续测量和指示导电和非导电介质的液位或粉状固体液位。

电容式液位变送器由电容式传感器和电子模块电路组成。它基于4 ~ 20 mA的双线恒流输出。转换后可以三线或四线输出。输出信号形成1 ~ 5 V、0 ~ 5 V、0 ~ 10 mA等标准信号。该传感器由一个绝缘电极和一个装有测量介质的圆柱形金属容器组成。物位升高时，由于非导电材料的介电常数明显低于空气体，电容随材料高度变化。发射机的模块电路由参考源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流单元组成。基于脉宽调制原理的测量具有频率低、对周围元件无射频干扰、稳定性好、线性度好、无明显温漂等优点。

动词 （verb的缩写）超声发射机

超声波发射器分为通用超声波发射器(不带表头)和集成超声波发射器，常用集成超声波发射器。

集成超声换能器由表头(如LCD显示器)和探头组成。这种直接输出4 ~ 20 mA信号的传感器是由小型化的敏感元件(探头)和电子电路组合而成的，因而体积更小，重量更轻，价格更便宜。超声波变送器可用于液位测量。物位测量，明渠、明渠等流量测量。，可用于测量距离。

六、锑电极酸度变送器

电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换于一体的工业在线分析仪。它是由锑电极和参比电极组成的PH测量系统。在待测酸性溶液中，锑电极表面会形成三氧化二锑氧化层，使金属锑表面与三氧化二锑之间形成电位差。电势差的大小取决于三氧化二锑的浓度，其对应于待测酸溶液中氢离子的适度。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都看作1，就可以用能斯特公式计算电极电位。

电极酸度变送器中的固体模块电路由两部分组成。为了现场操作的安全，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。该电源不仅为清洁电机提供驱动电源，还应通过电流转换单元转换成相应的DC电压供传输电路使用。第二部分是测量发射电路，将传感器传来的参比信号和PH酸度信号放大后送至斜率调节和定位调节电路，使信号的内阻减小和调节。放大的PH信号和温度得到补偿。

信号叠加后送入转换电路，最终输出与pH值对应的4 ~ 20 mA恒流信号给二次仪表，完成显示和控制PH值。

七、酸、碱、盐浓度变送器

酸、碱、盐的浓度变送器通过测量溶液的电导值来确定浓度。可连续检测工业过程中水溶液中酸、碱、盐的浓度。该变送器主要用于锅炉给水处理、化学溶液制备、环境保护等工业生产过程。

酸碱盐浓度变送器的工作原理是:在一定范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率成正比。所以酸碱浓度只有通过测量溶液电导率的变化才能知道。当被测溶液流入一个特殊的电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，可以等效为一个纯电阻。恒压交流电流动时，输出电流与电导率成线性关系，电导率与溶液中酸碱的浓度成正比。所以只要测出溶液的电流，就可以计算出酸、碱、盐的浓度。

酸碱盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示仪表和外壳组成。电子电路由激励电源、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组成。

八、电导率变送器

它是一种流量计(集成变送器)，通过测量溶液的电导率来间接测量离子浓度。它可以在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。

由于电解质溶液和金属导体一样是电的良导体，电流流过电解质溶液时必然存在电阻，符合奥姆定律。而液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负温度特性。与金属导体不同，电解质溶液的电导率是用电导率(电阻的倒数)或电导率(电阻率的倒数)来表示的。当两个相互绝缘的电极组成电导池时，如果将待测溶液放在池的中间，通上恒压交流电，就会形成电流回路。如果电压和电极尺寸固定，回路电流和电导率之间会有一定的函数关系。这样，通过测量在待测溶液中流动的电流，可以测量待测溶液的电导率。

电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。

九、智能变送器

智能变送器由传感器和微处理器(微机)组成。它充分利用了微处理器的计算和存储能力，可以对传感器的数据进行处理，包括测量信号调理(如滤波、放大、A/D转换等。)、数据显示、自动校正和自动补偿等。

微处理器是智能变送器的核心。它不仅可以计算、存储和处理测量数据，还可以通过反馈回路调整传感器，使采集的数据达到最优。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，它可以完成传统发射机难以完成的任务。因此，智能变送器降低了传感器的制造难度，大幅度提高了传感器的性能。

此外，智能变送器还具有以下特点:

1.具有自动补偿能力，可以通过软件自动补偿传感器的非线性、温度漂移和时间漂移。自诊断，通电后自检传感器，检查传感器各部分是否正常，并做出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如统计处理、剔除异常值等。

2.它具有双向通信功能。微处理器不仅可以接收和处理传感器数据，还可以将信息反馈给传感器，从而调节和控制测量过程。可以存储和记忆信息，并且可以存储传感器的特性数据、配置信息和补偿特性。

3.具有数字量接口输出功能，可方便地将输出的数字信号与计算机或现场总线连接。