1.4　变送器

1.4.1　变送器的概念

变送器（transmitter）是在传感器的基础上，将物理测量信号或普通电信号（非标准的输出信号）转换成标准信号或能够以通信协议方式输出的设备。顾名思义，变送器含有“变”和“送”之意。所谓“变”，是指将各种从传感器来的物理量，转变（转换）为一种电信号。例如：利用热电偶，将温度转变为电势；利用压电晶体，将压力转变为电荷。所谓“送”，是指将各种已变成的电信号，为了便于其他仪表或控制装置接收和传送，又一次通过电子电路，将从传感器来的电信号，统一化（比如1～5V，4～20mA）。方法是通过多个运算放大器来实现。这种“变”+“送”，组成了现代最常用的变送器。

变送器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。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。

变送器这个术语有时与传感器通用。在“自动控制原理”中，变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的转换器。至于有时候与传感器通用是因为现代的多数传感器的输出信号已经是通用的控制器可以接收的信号，此信号可以不经过变送器的转换直接为控制器所识别。所以，传统意义上的“变送器”意义是：“把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。”与传感器不同，变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外，一般还具有一定的放大作用。

在自控系统中，常区分传感器和变送器：信号源→传感器→变送器→运算器控制器→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能够以通信协议方式输出的设备称为变送器。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。

变送器的传统输出直流电信号有0～5V、0～10V、1～5V、0～20mA、4～20mA等，目前工业上最广泛采用的是用4～20mA电流传输模拟量。

采用电流信号的原因是电流信号不容易受干扰，且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求，20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时，电流不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。

电流型变送器将物理量转换成4～20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接四根线，称为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源共用一根线（共用VCC或者GND），可节省一根线，称为三线制变送器。

4～20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4～20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串联在电路中即可。这种变送器只需外接两根线，因而称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。

1.4.2　变送器的分类

传感器输出的模拟信号转变为标准信号就成为变送器。根据工作原理不同，有电阻式、电感式、电容式、电涡流式、磁电式、压电式、光电式、磁弹性式、振频式等。

根据变送参数不同，用在工业控制仪表的变送器主要针对工业五大参数和常用参量的温度/湿度变送器、压力变送器、流量变送器、差压变送器、液位变送器、电流变送器、电量/电压变送器、质量变送器等。

1.4.3　变送器的构成

下面以一体化温度变送器为例，介绍变送器的构成。

温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻温度变送器和热电偶两种类型。

热电阻温度变送器一般由基准单元、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。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系补偿，经V/I转换单元后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。

热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、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经冷端补偿放大后，再由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接触不良时，变送器会输出最大值（20mA）以使仪表切断电源。

一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。

一体化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表匹配使用。也可按用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。

不同用途、不同类型、不同原理的变送器构成各异。

1.4.4　变送器的技术指标

下面以0.5级精度的电流电压变送器说明变送器的技术指标，见表1-4。