传感器与变送器的组成与分类

1、传感器与变送器的组成与分类    传感器与变送器的组成    在科学实验和工业生产过程中，为了对各种变量进行检测或控制，首先要把这些变量转换成容易比较且便于传送的信息，这就要用到敏感天件、传感器、变送器相转换器。    1、敏感元件    顾名思义，敏感元件是能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。例如铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值、阻值的变化就是对温度升降的响应，所以铂电阻就是一种温度敏感元件。又如弹性膜盒能感受压力的高低而引起形

2、变，形变程度就是对压力高低的响应，因此，弹性膜盒是一种压力敏感元件。    为了获得被测变量的精确数值，不仅要求敏感元件对所测变量的响应足够灵敏，还希望它不受或少受环境因素的影响。也就是说，敏感元件的输出响应最好单值地取决于输入被测变量。例如铂电阻的阻值除受温度影响外，也受应力的影响，这就要求用适当的I艺消除应力。弹性膜盒的形变除取决于压力外，也和环境温度有关，必要时应采取温度补偿措施。    敏感元件的输出响应与输入变量之间如果是线性的正比或反比关系，当然最便于应用。即使是非绊性关系，只要这种关系不随时间而变化，

3、也可以满足使用的基本要求。    2、传感器    从字面是不难看出，传感器不但应该对被测变量敏感，而且具有把它对被测变丝的响应传送出去的功能。也就是说，传感器不只是般的敏感元件，它的输出响应还必须是易了传送的物理量。例如上述弹性膜盒的输出响应是形变，是微小的几何量(位移).不便于向远方传送。如果把膜盒中心的位移转变为电容极板的间隙变化，就成为输出响应是电容量的压力传感器。倘若再通过适当的电路使电容量的大小变为振荡频率的高低，就演变成输出响应是频率值的压力传感器。电容量和频率值都可以用导线传送到别处测量。尤其是频率

4、更适合远距传送。    某些敏感元件的输出响应本来就能够传送到别处测量，例如钝电阻的阻值、应变电阻的阻值、热电偶的电动势等，把这类敏感元件称做传感器也未尝不可。    由于电信号最便于远传，所以绝大多数传感器的输出是电量的形式.如电压、电流、电阻、电感、电容、频率等。也有利用压缩空气的压力大小传送信怠的，这种方法在抗电磁干扰和防爆安全方面比电传送要优越，但气源和管路上的投资较大，而且传送速度较低。近来利用光导纤维传送信富的传感器正在发展，其抗干扰、防爆、快速性都有突出优点。总之，传感器的输出物理量不拘一格，其数值范

5、围也没有限制，只要便于传送，而且其它仪表易于接收所传送的信息，都可以满足科研或生产的应用。    3、变送器    变送器是从传感器发展而来的，凡能输出标准信号的传感器就称为变送器。标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如直流电流420mA、空气压力 20一100kPa都是当前通用的标准信号。我国还有不少变送器以直流电流0一10mA为输出信号。无论被测变量是哪种物理或化学参数，也不论测量范围如何，经过变送器之后的信息都必须包含在标准信号之中。    有了统一

6、的信号形式和数值范围，就便于把各种变送器和其它仪表组成检测系统或调节系统。无论什么仪表或装置，只要有同样标准的输入电路或接口，就可以从各种变送器获得被测变量的信息。这样，兼容性和互换性大为提高，仪表的配套也极为方便。    4、转换器    输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测或调节功能。为了加强通用性和灵活性，某些传感器的输出可以靠转换器把非标准信号转换成标准信号，使之与带有标准信号的输入电路或接口的仪表配套。例如频率转换器就能把交流频率或脉冲频率转换成直流电流420mA或0一10m

7、A。    不同的标准信号也可以借助于转换器互相转换。例如利用气/电转换器，能把20 100kPa的空气压力转换成0一10mA的直流电流。反之，电/气转换器则可反方向转换。直流电流标准信号中的420mA与0一10mA也可以利用转换器相互转换。    传感器与变送器的分类    按照不同的技术特点，传感器与变送器共有七种分类方法。1、电传送、气传送及光传送输出信号为电量的传感器或变送器使用方便，很多输出响应为非电量的敏感元件往往借助各种物理效应转变为电量而构成传感器。气传送方式

8、多用于有压缩空气源而且周围环境有易燃易爆气体或粉尘的场所。光传送常常和电路配合，充分利用光的抗干扰和绝缘隔离能力，以及电信号易于放大相处理的特点。二者结合，可精确快速地实现传感和变送目的。2.位式作用和连续作用位式作用也称开关作用，即传感器在输入变量整个变化范围内其输出响应只有两种状态，这两种状态可以是电路的“通”和“断”，可以是电压的“高”和“低”，也可以是空气压力的“高”和“低”。位式作用的传感器多用于被测变量的越限报警、连锁保护、顺序控制及位式调节领域。冰箱压缩机的间歇启动和电饭锅的自动保温都是靠位式作用的温度传感器实现的。自行车电打气的压气机则是用位式作用的压力传感器控制的。用光传送位

9、式信号时，只有“亮”和“不亮”(简称为“明”和“暗”)这两种差别极大的光通量，对发光器件和光敏器件的特性要求不高，容易满足。需要连续检测或调节某些变量时.就必须用连续作用的传感器和变送器，其各项技术指标往往有较高的要求。3.有的点及无触点位式作用传感器可分为有触点的及无触点的两类。凡是由敏感元件直接带动电路的触点或是靠继电器上的触点(也称电接点)发出通断信号的传感器，都是有触点的传感器。若是利用晶体管或晶问管的导温和截止发出通断信号.则为无效点的传感器。有触点的传感器不仅工作寿命较短，不适于动作频繁的场合，而且触点上的电火花容易形成电磁干扰，还可能引爆易燃气体。无触点的传感器就没有这些缺点。4

10、.模拟式及数字式连续作用的传感器又可分为模拟式及数字式。目前绝大多数传感器及变送器是模拟式的，用计算机与其配合而采集数据时，必须经过模/数(A/D)转换器件。也有一些传感器.的输出是数字量，例如角度传感器中的码盘就有数字化功能，它可以把角度的大小变为对应的循环码，以并行方式输出。光电式转速传感器则可把被测转速变为脉冲频率，以串行方式输出。其它如光栅、磁栅等也是以数字量形式输出的。随着计算机技术的应用日益普遍，数字式传感器也将逐渐增多。数字式变送器目前为数极少，主要原因是有关数字传送的标准制定得太晚，国外不同的厂家通常有不同的标准，也不统一。我国制定的数据总线标准正在推行之中，今后按此标准设计的

11、数字式变送器将日渐增多，对计算机在科研生产中的应用无疑会有极大的推动作用。5.常规式及灵巧式传感器或变送器可以靠模拟电路或普通数字电路实现，也可以由微处理韶为核心的单片机系统实现，即国外所称的灵巧(Smart)式。后各由于其功能丰富、使用灵活，放有灵巧之称，但其输出仍为模拟量直流电流4一20mA，不过内部电路是数字式的。其主要特点是可以利用外部编程器(现场通信器)通过输出信号线对测量范围及线性化规律等进行改变，从而使用其应用更加灵活方便。6.接触式及非接触式按照敏感元件的工作机理，传感器或变送器可分为接触式及非接触式。前者的敏感元件必须和被测介质或物体接触才能感受被测变量。例如用热电偶测温便是接触式，而红外罗射测温则为非接触式。用浮子测液位是接触式，而用超声波测液位则可以不接触。视具体条件来决定使用方式和结构。一般来说，非接触式传感器或变送器不会破坏被测量的空间分布状况，又有利于密封和防腐蚀，比接触式更受欢迎。7.普通型、隔爆型及本安型根据传感器或变送器的安装场所有无易燃易爆气体及危险程度，应选用符合防爆要求的仪表和电器，传感器或变送器当然也不例外，其具体要求在国家标准中有明确规定。防爆等级较多，但大体上有三种类型，即普通型、隔爆型及本安型。普通型不考虑防爆措施，只能用在非易燃易爆场所;隔爆型在内