傳感器是能夠受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信号的器件或裝置的總稱,通常由敏感組件和轉換組件組成。當傳感器的輸出為規定的标準信号時，則稱為變送器。

變送器的概念是将非标準電信号轉換為标準電信号的儀器，傳感器則是将物理信号轉換為電信号的器件，過去常講物理信号，現在其它信号也有了。一次儀表指現場測量儀表或基地控制表，二次儀表指利用一次表信号完成其它功能：諸如控制，顯示等功能的儀表。

傳感器和變送器本是熱工儀表的概念。傳感器是把非電物理量如溫度、壓力、液位、物料、氣體特性等轉換成電信号或把物理量如壓力、液位等直接送到變送器。

變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信号放大以便轉送或啟動控制組件，或将傳感器輸入的非電量轉換成電信号同時放大以便供遠方測量和控制的信号源。根據需要還可将模拟量變換為數字量。傳感器和變送器一同構成自動控制的監測信号源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應的變送器。還有一種變送器不是将物理量變換成電信号，如一種鍋爐水位計的“差壓變送器”，他是将液位傳感器裡的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通過儀表管送到變送器的波紋管兩側，以波紋管兩側的差壓帶動機械放大裝置用指針指示水位的一種遠方儀表。當然還有把電氣模拟量變換成數字量的也可以叫變送器。以上隻是從概念上說明傳感器和變送器的區别。

一、傳感器的定義

國家标準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信号的器件或裝置，通常由敏感組件和轉換組件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能将檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信号或其它所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

二、傳感器的分類

目前對傳感器尚無一個統一的分類方法，但比較常用的有如下三種：

１、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器

２、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光栅、熱電偶等傳感器。

３、按傳感器輸出信号的性質分類，可分為：輸出為開關量（“１”和"０”或“開”和“關”）的開關型傳感器；輸出為模拟型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。

三、傳感器的靜态特性

傳感器的靜态特性是指對靜态的輸入信号，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜态特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐标，把與其對應的輸出量作縱坐标而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜态特性的主要參數有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滞等。

四、傳感器的動态特性

所謂動态特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動态特性常用它對某些标準輸入信号的響應來表示。這是因為傳感器對标準輸入信号的響應容易用實驗方法求得，并且它對标準輸入信号的響應與它對任意輸入信号的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定後者。最常用的标準輸入信号有階躍信号和正弦信号兩種，所以傳感器的動态特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

五、傳感器的線性度

通常情況下，傳感器的實際靜态特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條拟合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指針。

拟合直線的選取有多種方法。如将零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為拟合直線；或将與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為拟合直線，此拟合直線稱為最小二乘法拟合直線。

六、傳感器的靈敏度

靈敏度是指傳感器在穩态工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。

它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系，則靈敏度S是一個常數。否則，它将随輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。

當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量範圍愈窄，穩定性也往往愈差。

七、傳感器的分辨力

分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。隻有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發生變化。

通常傳感器在滿量程範圍内各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量産生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指标。上述指标若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。

八、電阻式傳感器

電阻式傳感器是将被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。

九、電阻應變式傳感器

傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下産生機械形變，從而使電阻值随之發生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優點。

十、壓阻式傳感器

壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感組件，擴散電阻在基片内接成電橋形式。當基片受到外力作用而産生形變時，各電阻值将發生變化，電橋就會産生相應的不平衡輸出。

用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為矽片和鍺片，矽片為敏感材料而制成的矽壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固态壓阻式傳感器應用最為普遍。

十一、熱電阻傳感器

熱電阻傳感器主要是利用電阻值随溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較适用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、使用溫度範圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃～ 500℃範圍内的溫度。

十二、傳感器的遲滞特性

遲滞特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出-一輸入特性曲線不一緻的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F•S的百分比表示。 遲滞可由傳感器内部組件存在能量的吸收造成。

各類變送器的特點傳感器和變送器在儀器儀表和工業自動化領域中起着舉足輕重的作用。與傳感器不同，變送器除了能将非電量轉換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。本文簡單地介紹了各類變送器的特點，以供使用者選用。

一、一體化溫度變送器

一體化溫度變送器一般由測溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式将測溫探頭直接安裝在接線盒内，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。

熱電阻溫度變送器是由基準單元、R/V轉換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉換單元等組成。測溫熱電阻信号轉換放大後，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關系進行補償，經V/I轉換電路後輸出一個與被測溫度成線性關系的4～20mA的恒流信号。

熱電偶溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是将熱電偶産生的熱電勢經冷端補償放大後，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最後放大轉換為4～20mA電流輸出信号。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設有斷電保護電路。當熱電偶斷絲或接解不良時，變送器會輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。

一體化溫度變送器具有結構簡單、節省引線、輸出信号大、抗幹擾能力強、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護和限流保護、工作可靠等優點。

一體化溫度變送器的輸出為統一的4～20mA信号；可與微機系統或其它常規儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。

二、壓力變送器

壓力變送器也稱差變送器，主要由測壓組件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能将接收的氣體、液體等壓力信号轉變成标準的電流電壓信号，以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。

壓力變送器其測量原理是：流程壓力和參考壓力分别作用于集成矽壓力敏感組件的兩端，其差壓使矽片變形（位移很小，僅μm級），以使矽片上用半導體技術制成的全動态惠斯登電橋在外部電流源驅動下輸出正比于壓力的mV級電壓信号。由于矽材料的強性極佳，所以輸出信号的線性度及變差指針均很高。工作時，壓力變送器将被測物理量轉換成mV級的電壓信号，并送往放大倍數很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大後的信号經電壓電流轉換變換成相應的電流信号，再經過非線性校正，最後産生與輸入壓力成線性對應關系的标準電流電壓信号。

壓力變送器根據測壓範圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種。

三、液位變送器

1、浮球式液位變送器

浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導管、信号單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導管上下移動。導管内裝有測量組件，它可以在外磁作用下将被測液位信号轉換成正比于液位變化的電阻信号，并将電子單元轉換成4～20mA或其它标準信号輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優點，電路内部含有恒流回饋電路和内保護電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護電源并使二次儀表不被損壞。

2、浮筒式液位變送器

浮筒式液位變送器是将磁性浮球改為浮筒，它是根據阿基米得浮力原理設計的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應變傳感技術來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現場按鍵來進行常規的設定操作。

3、靜壓或液位變送器

該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用矽壓力測壓傳感器将測量到的壓力轉換成電信号，再經放大電路放大和補償電路補償，最後以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。

四、電容式物位變送器

電容式物位變送器适用于工業企業在生産過程中進行測量和控制生産過程，主要用作類導電與非導電介質的液體液位或粉粒狀固體料位的遠距離連續測量和指示。

電容式液位變送器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經過轉換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信号形成為1～5V、0～5V、0～10mA等标準信号。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質的圓柱形金屬容器組成。當料位上升時，因非導電物料的介電常數明顯小于空氣的介電常數，所以電容量随着物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準源、脈寬調制、轉換、恒流放大、回饋和限流等單元組成。采用脈寬調特原理進行測量的優點是頻率較低，對周圍元射頻幹擾、穩定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。

五、超聲波變送器

超聲波變送器分為一般超聲波變送器（無表頭）和一體化超聲波變送器兩類，一體化超聲波變送器較為常用。

一體化超聲波變更新器由表頭（如LCD顯示器）和探頭兩部分組成，這種直接輸出4～20mA信号的變送器是将小型化的敏感組件（探頭）和電子電路組裝在一起，從而使體積更孝重量更輕、價格更便宜。超聲波變送器可用于液位。物位的測量和開渠、明渠等流量測量，并可用于測量距離。

六、銻電極酸度變送器

銻電極酸度變送器是集PH檢測、自動清洗、電信号轉換為一體的工業在線分析儀表，它是由銻電極與參考電極組成的PH值測量系統。在被測酸性溶液中，由于銻電極表面會生成三氧化二銻氧化層，這樣在金屬銻面與三氧化二銻之間會形成電位差。該電位差的大小取決于三所氧化二銻的濃度，該濃度與被測酸性溶液中氫離子的适度相對應。如果把銻、三氧化二銻和水溶液的适度都當作1，其電極電位就可用能斯特公式計算出來。

銻電極酸度變送器中的固體模塊電路由兩大部分組成。為了現場作用的安全起見，電源部分采用交流24V為二次儀表供電。這一電源除為清洗電機提供驅動電源外，還應通過電流轉換單元轉換成相應的直流電壓，以供變送電路使用。第二部分是測量變送器電路，它把來自傳感器的基準信号和PH酸度信号經放大後送給斜率調整和定位調整電路，以使信号内阻降低并可調節。将放大後的PH信号與溫度被償

信号進行疊加後再差進轉換電路，最後輸出與PH值相對應的4～20mA恒流電流信号給二次儀表以完成顯示并控制pH值。

七、酸、堿、鹽濃度變送器

酸、堿、鹽濃度變送器通過測量溶液電導值來确定濃度。它可以在線連續檢測工業過程中酸、堿、鹽在水溶液中的濃度含量。這種變送器主要應用于鍋爐給水處理、化工溶液的配制以及環保等工業生産過程。

酸、堿、鹽濃度變送器的工作原理是：在一定的範圍内，酸堿溶液的濃度與其電導率的大小成比例。因而，隻要測出溶液電導率的大小變可得知酸堿濃度的高低。當被測溶液流入專用電導池時，如果忽略電極極化和分布電容，則可以等效為一個純電阻。在有恒壓交變電流流過時，其輸出電流與電導率成線性關系，而電導率又與溶液中酸、堿濃度成比例關系。因此隻要測出溶液電流，便可算出酸、堿、鹽的濃度。

酸、堿、鹽濃度變送器主要由電導池、電子模塊、顯示表頭和殼體組成。電子模塊電路則由激勵電源、電導池、電導放大器、相敏整流器、解調器、溫度補償、超載保護和電流轉換等單元組成。

八、電導變送器

它是通過測量溶液的電導值來間接測量離子濃度的流程儀表（一體化變送器），可在線連續檢測工業過程中水溶液的電導率。

由于電解質溶液與金屬導體一樣的電的良導體，因此電流流過電解質溶液時必有電阻作用，且符合奧姆定律。但液體的電阻溫度特性與金屬導體相反，具有負向溫度特性。為區别于金屬導體，電解質溶液的導電能力用電導（電阻的倒數）或電導率（電阻率的倒數）來表示。當兩個互相絕緣的電極組成電導池時，若在其中間放置待測溶液，并通以恒壓交變電流，就形成了電流回路。如果将電壓大小和電極尺寸固定，則回路電流與電導率就存在一定的函數關系。這樣，測了待測溶液中流過的電流，就能測出待測溶液的電導率。

電導變送器的結構和電路與酸、堿、鹽濃度變送器相同。

九、智能變送器

智慧式變送器是由傳感器和微處理器（微機）相結構而成的。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力，可對傳感器的數據進行處理，包括對測量信号的調理（如濾波、放大、A/D轉換等）、數據顯示、自動校正和自動補償等。

微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對測量數據進行計算、存儲和數據處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調節，以使采集數據達到最佳。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統變送器難以完成的任務。所以智慧式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。

另外，智慧式變送器還具有以下特點：

1. 具有自動補償能力，可通過軟件對傳感器的非線性、溫漂、時漂等進行自動補償。可自診斷，通電後可對傳感器進行自檢，以檢查傳感器各部分是否正常，并作出判斷。 數據處理方便準确，可根據内部程序自動處理數據，如進行統計處理、去除異常數值等。

2. 具有雙向通信功能。微處理器不但可以接收和處理傳感器數據，還可将信息回饋至傳感器，從而對測量過程進行調節和控制。可進行信息存儲和記憶，能存儲傳感器的特征數據、組态信息和補償特性等。

3. 具有數字量接口輸出功能，可将輸出的數字信号方便地和計算機或現場總線等連接。

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