传感器和变送器

1、双人鱼科技 简幼锋 传感器 1 概述 2 原理 3 分类 4 传感器技术指标和检查技术 5 典型案例 6 信息化下的传感器 概述或定义 广义： 传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某 种可用信号输出的器件和装置。 狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）： 对传感器（Transducer/Sensor）的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。 原理 利用敏感元件将被测对象的物理，化学变化转 化成电信号。 传感器的分类 物理型： 化学型：利用电

2、化学反应原理 结构型：取决于几何尺寸和形状 物性型：取决于材料性质 按传感器的工作原理 按被测量 温度、 流量、压力、湿度、浓度、力学量、磁学量、光学量、气体成分等 根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号 根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器 传感器的能量来源：能量控制型和能量转换型传感器 按可变电参量：电阻型、电感型或电容型 其他分类 传感器的特性与主要性能指标传感器的特性与主要性能指标 传感器的静态特性与主要性能指标 传感器的动态特性与动态指标 静态性能 测量范围和量程 传感器测量范围的上限值与下限值之差xmaxxmin称为量程（span）。 例如一温度传感器的测量范围是-30+

3、120,那么该传感器的量程为150 。 灵敏度与灵敏度误差 线性度(Linearity) 静态特性可用下列多项式代数方程表示： y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn 式中：y输出量； x输入量； a0零点输出； a1理论灵敏度； a2、a3、 、 an非线性项系数。 迟滞 0 y x H max y F S 迟滞特性 重复性(Repeatability) 重复性是指传感器在输入按同一方向做全量 程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程 度。 y 0 Rmax2 Rmax1 x 分辨力与分辨率 分辨力（resolution）:指传感器能检测到的 最小的输入增量的xmin的绝对值。 动态特

4、性与动态指标 零阶传感器动态特性指标 一阶传感器动态特性指标 二阶传感器动态特性指标 y(t)=kx(t) 智能楼宇控制智能楼宇控制 图示为某公司楼宇自动化图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控监测、照明控制、空调控 制、水制、水/ /废水管理等。废水管理等。 变送器 1 定义 2 发展过程 3 分类（压力和温度变送器介绍） 4 智能变送器器的主要功能 5 信息化下的传感器 电容差压变送器测量液体的液位 差压变送器差压变送器 数显表数显表 变送器的定义 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。 变

5、送器的发展 分立元件，仪表笨重，体积大 以晶体管作为主要放大元件，不但扩充了品种，而且改 善了仪表性能、缩小了仪表体积、减轻了仪表重量 采用了最新的集成电路作为线路中的核心组件 2021-6-20变送器的原理与维护18 变送器的分类 压力变送器 温度变送器 浓度变送器 流量变送器 湿度变送器 及其他分析类仪表等 2021-6-20变送器的原理与维护19 压力变送器 差压变送器 温度变送 器 2021-6-20变送器的原理与维护20 纸浆浓度变送器 2021-6-20变送器的原理与维护21 2021-6-20变送器的原理与维护22 压力变送器 根据压力变送器的不同种类可以分别用 在： 绝对压力，

6、液位等不同的场合。 2021-6-20变送器的原理与维护23 压力变送器按测量机理来分，最常用的 有电容式、电感式等。 按结构形式变送器将其分为模拟式、智 能式和数字智能式三代产品。 2021-6-20变送器的原理与维护24 2021-6-20变送器的原理与维护25 力平衡式差压力平衡式差压(压力压力)变送器的结构示意图变送器的结构示意图 2021-6-20变送器的原理与维护26 2021-6-20变送器的原理与维护27 2021-6-20变送器的原理与维护28 力平衡式差压变送器的缺点 精度低（最高为0.5） 存在死区 性能不稳定，故障率较高 调校不方便 体积大 线性度不好 回差大 2021

7、-6-20变送器的原理与维护29 现已基本退出历史舞台。现已基本退出历史舞台。 取而代之的是电容式、扩散硅式和其他取而代之的是电容式、扩散硅式和其他 新工艺技术的差压变送器新工艺技术的差压变送器。 2021-6-20变送器的原理与维护30 电容式变送器 2021-6-20变送器的原理与维护31 工作原理 在膜片两边因差压产生一个应力，使膜在膜片两边因差压产生一个应力，使膜 片的一侧压缩，另一侧拉伸，两个应变片的一侧压缩，另一侧拉伸，两个应变 电阻片位于压缩区内，另两个应变电阻电阻片位于压缩区内，另两个应变电阻 位于拉伸区，它们连接成一个全动态惠位于拉伸区，它们连接成一个全动态惠 斯登电桥，惠斯

8、登电桥检测出电阻的变斯登电桥，惠斯登电桥检测出电阻的变 化后，经过放大、变换，输出与输入信化后，经过放大、变换，输出与输入信 号成线性关系的号成线性关系的4-20mADC4-20mADC标准信号。标准信号。 2021-6-20变送器的原理与维护32 电容式差压变送器内部结构 1高压侧进气口高压侧进气口 2低压侧进气口低压侧进气口 3过滤片过滤片 4空腔空腔 5柔性不锈钢波柔性不锈钢波 纹隔离膜片纹隔离膜片 6导压硅油导压硅油 7 凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片 8镀金凹形电极镀金凹形电极 9弹性平膜片弹性平膜片 10 腔腔 2021-6-20变送器的原理与维护33 变送器装配分解图 变送器装配分解图

9、 2021-6-20变送器的原理与维护34 电容式差压变送器原理电容式差压变送器原理框图框图 2021-6-20变送器的原理与维护35 2021-6-20变送器的原理与维护36 电容式差压变送器的优点 精度高（一般能达到精度高（一般能达到0.1以上）以上） 温度稳定性好（一般可达温度稳定性好（一般可达-2585摄氏度）摄氏度） 体积小体积小 抗震性好抗震性好 无死区无死区 线性度好线性度好 使用寿命长使用寿命长 2021-6-20变送器的原理与维护37 目前，世界上各大仪表公司几乎都推出目前，世界上各大仪表公司几乎都推出 了自己的电容式差压变送器。了自己的电容式差压变送器。 罗斯蒙特（罗斯蒙特

10、（ Rosemount ） 、 ABB、横、横 河（河（YOKOGAWA）、西门子（）、西门子（Simens） 、E+H、霍尼威尔（、霍尼威尔（ Honeywell ）等。）等。 2021-6-20变送器的原理与维护38 电容式差压变电容式差压变 送器外形送器外形 2021-6-20变送器的原理与维护39 2021-6-20变送器的原理与维护40 2021-6-20变送器的原理与维护41 法兰法兰 2021-6-20变送器的原理与维护42 变送器的基本技术指标 量程范围量程范围 u仪表能够测量的最大输入量与最小输入仪表能够测量的最大输入量与最小输入 量之间的范围称作量之间的范围称作仪表的量程范

11、围仪表的量程范围，简，简 称量程。称量程。 u在数值上等于仪表上限值与下限值的代在数值上等于仪表上限值与下限值的代 数差之绝对值。数差之绝对值。 问：某温度计测量的最低温度为问：某温度计测量的最低温度为-20-20， 最高温度为最高温度为100100，它的量程是多少？，它的量程是多少？ 120 2021-6-20变送器的原理与维护43 温度变送器 2021-6-20变送器的原理与维护44 温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。 温度变送器是实现温度检测和控制的重 要器件。 2021-6-20变送器的原理与维护45 温度变送器与测温元件配合使用，将 温度或温差信号转

12、换成为标准的统一信 号；还可以作为直流毫伏变送器使用， 用以将其它能够转换成直流毫伏信号的 工艺变量转换成为标准的统一信号。 智能变送器器的主要功能 智能变送器器的主要功能是： (1) 具有自校零、 自标定、 自校正功能； (2) 具有自动补偿功能； (3) 能够自动采集数据， 并对数据进行预处理； (4) 能够自动进行检验、 自选量程、 自寻故障； (5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能； (6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出 功能 (7) 具有判断、决策处理功能。 与传统变送器相比， 智能变送器的特点 是： 1. 精度高精度高 2. 高可靠性与高稳定性高可靠性与高稳定性 3.

13、 高信噪比与高的分辨力高信噪比与高的分辨力 4. 强的自适应性强的自适应性 5. 低的价格性能比低的价格性能比 变送器工作电压和输出信号 现在多数变送器的工作电压 24V DC 变送器统一的标准输出信号： 0/4-20mADC 1-5VDC 0-10VDc 0-10mADC PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA传输特性传输特性: （1） 适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有 互换性。互换性。 （2） 增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其 它站。它站。 （3） 在过程自动化的在过程自动化的PROFIBUSPA段与制造业自动化的段与制造业自动化的PROFIBUS DP总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两段间的透明通总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两段间的透明通 信。信。 （4） 使用与使用与IEC11582技术相同的双绞线完成远程供电和数据传技术相同的双绞线完成远程供电和数据传 送。送。 （5） 在潜在的爆炸危险区可使用防爆型在潜在的爆炸危险区可使用防爆型“本征安全本征安全”或或“非本征非本征 安全安全”。 PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA 与与 4 420mA 20m