变送器的类型和特性
变送器在仪器、仪表和工业自动化领域发挥着重要作用。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，还具有一定的放大作用。
压力变送器:
压力变送器又称差压变送器，主要由称重传感器、模块电路、显示表头、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、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数都很高。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，送至放大倍数高的差分放大器，可以相互抵消温度漂移。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，然后进行非线性校正，最终产生与输入压力成线性对应关系的标准电流-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(0.001mpa ~ 20mp3)和微差压变送器(0 ~ 30kpa)。
集成温度变送器:
集成温度变送器通常由温度探头(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、限流保护和V/I转换单元组成。测温的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转换电路输出一个与被测温度成线性关系的4 ~ 20 mA的恒流信号。
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。热电偶产生的热电势经冷端补偿放大，再经线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换成4 ~ 20 mA电流输出信号。为防止因热电偶断线导致温度控制失效而造成事故，变送器还配有断电保护电路。当热电偶损坏或连接不良时，变送器将输出最大值(28mA)使仪器切断电源。
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、固体模块抗震防潮、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；它可与微机系统或其它常规仪器配合使用。也可根据用户要求制成防爆或防火计量器具。
液位变送器:
1，浮球液位变送器
浮球式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，并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，可将被测液位信号在外磁场作用下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，具有耐酸、耐潮、耐冲击、耐腐蚀等优点。该电路包含恒流反馈电路和内部保护电路，可使最大输出电流不超过28mA，从而可靠地保护电源，防止二次仪表损坏。
2.浮动简易液位变送器
浮子式液位变送器是将磁浮子变成浮子，根据阿基米德浮力原理设计的。浮子式液位变送器采用微小金属薄膜应变传感技术来测量液位、边界或密度。工作时，现场按键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。一般选用硅压力传感器，将测得的压力转换成电信号，经放大电路放大，经补偿电路补偿，最终以4 ~ 20ma或0 ~ 10ma的电流模式输出。
电容式液位变送器:
电容式液位变送器适用于工业企业生产过程的测量和控制，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。基于4 ~ 20ma双线恒流输出。转换后可三线或四线输出，输出信号形成1 ~ 5v、0 ~ 5v、0 ~ 10ma等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。料位上升时，由于非导电材料的介电常数明显低于空气，电容随物料高度变化。发射机的模块电路由参考源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流组成。利用脉宽调制原理进行测量的优点是频率低，对周围元件有射频干扰，稳定性好，线性度好，无明显温漂。
超声波发射器:
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。
集成超声波传感器由一个表头(如LCD显示器)和一个探头组成。直接输出4 ~ 20mA信号的变送器是一种小型化的敏感元件(探头)和电子电路，使其体积更小、重量更轻、价格更低。超声波变送器可用于液位测量。物位的测量以及运河和明渠的流量测量，并可用于测量距离。
锑电极酸度变送器；
锑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器。它是由锑电极和参比电极组成的PH测量系统。在待测的酸性溶液中，锑电极表面会形成一层三氧化二锑氧化层，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。如果将适量的锑、三氧化二锑和水溶液都视为1，则可以用能斯特公式计算电极电位。
锑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，供电部分采用交流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，将传感器传来的参考信号和PH、酸度信号放大后送到斜率调整和定位调整电路，使信号的内阻减小和调整。放大的PH信号和温度得到补偿。
信号被叠加，然后发送到转换电路。最后将PH值对应的4 ~ 20mA恒流信号输出到二次仪表完成显示和控制PH值。
酸、碱和盐浓度变送器；
酸、碱、盐的浓度变送器通过测量溶液的电导率来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中水溶液中酸、碱和盐的浓度。该变送器主要用于锅炉给水处理、化学溶液制备和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的电导率才能知道。当被测溶液流入特殊的电导池时，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，其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。电子模块电路由激励电源、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。
电导率变送器:
它是一种通过测量溶液的电导率值来间接测量离子浓度的过程仪表(集成变送器)，可以在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。
因为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有电阻，符合欧姆定律。而液体的阻温特性与金属导体相反，具有负温度特性。为了与金属导体相区别，电解质溶液的电导率用电导(电阻的倒数)或电导率(电阻率的倒数)来表示。当两个相互绝缘的电极组成一个电导池时，如果将待测溶液放在中间，通上恒压交流电，就形成了电流回路。如果电压和电极尺寸固定，回路电流和电导率之间存在一定的函数关系。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。
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，包括对被测信号的调理(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，优化采集的数据。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；
2、自诊断，通电后对传感器进行自检，检查传感器各部分是否正常，并做出判断；
3、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；
4、具有双向通信功能。微处理器不仅能接收和处理传感器数据，还能将信息反馈给传感器，从而调节和控制测量过程。
5.它可以存储和记忆信息，可以存储传感器的特性数据、配置信息和补偿特性。
6.它具有数字输出接口功能，可以方便地将输出的数字信号与计算机或现场总线连接。
双线变送器:
双线系统是指仅用两根线连接现场变送器和控制室中的仪器。这两根线既是电源线又是信号线。
两线制相比三线制(一条正电源线，两条信号线，其中一条是***GND)和四线制(两条正负电源线，两条信号线，其中一条是***GND)，测量精度较低。
热阻是将温度变化转化为电阻变化的主要元件。通常，需要通过导线将电阻信号传输到计算机控制装置或其他一次仪表。工业热电阻安装在生产现场，与控制室有一定距离，所以热电阻的引线会对测量结果产生很大影响。
线路系统的分类:
两线制:在热电阻两端连接一根导线引出电阻信号的方法称为两线制:这种引线方法很简单，但由于连接导线中必须有引线电阻R，R的大小与导线的材质和长度有关，所以这种引线方法只适用于测量精度不高的场合；
三线制:热电阻的根部一端接一根引线，另一端接两根引线，称为三线制。这种方法通常与电桥配合使用，可以更好地消除引线电阻的影响，是工业过程控制中最常用的方法。
四线制:热电阻根部两端连接两根导线的方式称为四线制，其中两根导线为热电阻提供恒定电流I，将R转换为电压信号U，再通过另外两根导线将U引至二次仪表。可以看出，这种引线模式可以完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
热电阻由三条线连接。采用三线制，消除了连接线电阻引起的测量误差。这是因为测量热阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻是电桥的一个桥臂电阻，它的连接线(从热电阻到中央控制室)也成为桥臂电阻的一部分，这是未知的。
并且随着环境温度而变化，导致测量误差。采用三线制，一根导线接在电桥的电源端，另外两根导线分别接在热电阻所在的桥臂及其相邻的桥臂上，这样就消除了导线电阻引起的测量误差。
双线系统的优点:
1，不易受寄生热电偶和电阻压降的影响以及沿导线的温度漂移，可以使用非常便宜且较细的导线；可以节省大量的线缆和安装费用；
2.当电流源的输出电阻足够大时，磁场耦合感应的导线回路中的电压不会产生显著影响，因为干扰源产生的电流很小，一般使用双绞线就可以降低干扰；三线制和四线制必须使用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层应适当接地。
3.容性干扰会导致与接收器电阻相关的误差。对于4 ~ 20mA双线回路，接收器电阻通常为250ω(采样UOUT = 1 ~ 5V)，太小不会造成明显误差。因此，允许的导线长度比电压遥测系统更长更远。
4.每个单个读取装置或记录装置可以在不同线长的不同通道之间切换，不会因为线长不同而造成精度的差异，实现分散采集。分散采集的优点是:分散采集，集中控制。....
5.零电平用4mA，非常方便判断开路短路或者传感器损坏(0mA状态)。
6.在两线输出口增加一两个防雷和浪涌保护器件是非常容易的，有利于防雷防爆。
三线、四线变送器不具备上述优势，将被二线变送器取代，这从国外行业趋势和变送器芯片的供需情况可以看出。电流互感器在使用时要安装在现场设备的电源线上，而以单片机为核心的监控系统位于远离设备现场的监控室内，两者之间的距离一般在几十到几百米甚至更远。设备现场环境恶劣，强电信号会产生各种电磁干扰，雷电感应会产生强浪涌脉冲。在这种情况下，单片机应用系统遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣的环境下远距离可靠地传输小信号。
二线制电流互感器的输出为4 ~ 20 mA，通过250ω的精密电阻转换成1 ~ 5 V或2-10V的模拟电压信号。有许多方法可以将其转换成数字信号。如果系统长期在恶劣的工业现场使用，就要考虑硬件系统的安全性和可靠性。系统的输入模块采用压频转换器件LM231将模拟电压信号转换为频率信号，采用光电耦合器件TL117隔离模拟和数字信号。
同时，模拟信号处理电路和数字信号处理电路使用两个独立的电源，模拟地和数字地相互分离，可以提高系统的安全性。压频转换器件LM231也有一定的抗高频干扰效果。
在许多由单片机控制的应用中，变送器用于将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电模拟信号，如电流变送器、压力变送器、温度变送器、流量变送器等。
早期的变送器多为电压输出型，即被测信号转换成0-5V电压输出，是运算放大器的直接输出，信号功率为
电压输出变送器抗干扰能力差，线损被破坏，更别说精度多高了。有时输出的DC电压会叠加交流分量，使单片机产生误判，使控制出错，严重时甚至损坏设备。0-5V的输出永远无法远距离传输，远距离传输后线路压降大，精度大打折扣。ADC、PLC和DCS的许多输入信号口做成4-20mA两线制电流输出变送器。