簡介
變送器(transmitter)是串聯的,即二根導線同時傳送變送器。所需的電源和輸出電流信号,大多數變送器均為二線制變送器;四線制方式中,供電電源、負載電阻是分别與變送器相連的,即供電電源和變送器輸出信号分别用二根導線傳輸。變送器在不同的工作點工作,其基本誤差值各不相同。所以規定用全量程中可能出現的最大基本誤差來表示變送器的準确度等級。準确度等級是衡量該儀器或儀表測量精度的一個重要指标,準确度等級值越小,表明該儀器或儀表精度越高,反之亦然。
壓力、差壓變送器是過程變量變送器中最重要的一類,應用範圍很廣,除了可用于壓力、差壓測量之外,還可用于流量、液位、比重等其他參數測量。一條5000t/d的水泥生産線,在工藝流程各關鍵部位必須設置壓力變送器,如在窯頭、窯尾,各級預熱器的頂部和底部,各次風管和冷卻機各室等,以監控工藝正常運行。目前,智能溫度變送器的使用在智能儀器儀表中占有較大的份額,智能溫度變送器的研究具有現實的意義。
信号
标準化的電信号為直流4~20毫安,标準化的氣信号為0.02~0.1兆帕。例如,電容式壓力變送器感受壓力量,利用電容傳感器的原理和測量變換電路,将壓力量轉換為直流4~20毫安的标準電信号輸出。在變送器内一般需要有把信号變為标準化信号的器件。
幹擾源
傳感器及儀器儀表在現場運行所受到的幹擾多種多樣,具體情況具體分析,對不同的幹擾采取不同的措施是抗幹擾的原則。這種靈活機動的策略與普适性無疑是矛盾的,解決的辦法是采用模塊化的方法,除了基本構件外,針對不同的運行場合,儀器可裝配不同的選件以有效地抗幹擾、提高可靠性。在進一步讨論電路元件的選擇、電路和系統應用之前,有必要分析影響模拟傳感器精度的幹擾源及幹擾種類。
以下為主要的幹擾源。
靜電感應
靜電感應是由于兩條支電路或元件之間存在着寄生電容,使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去,因此又稱電容性耦合。
電磁感應
當兩個電路之間有互感存在時,一個電路中電流的變化就會通過磁場耦合到另一個電路,這一現象稱為電磁感應。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行導線等。
漏電流感應
由于電子線路内部的元件支架、接線柱、印刷電路闆、電容内部介質或外殼等絕緣不良,特别是傳感器的應用環境濕度較大,絕緣體的絕緣電阻下降,導緻漏電電流增加就會引起幹擾。尤其當漏電流流入測量電路的輸入級時,其影響就特别嚴重。
射頻幹擾
主要是大型動力設備的啟動、操作停止的幹擾和高次諧波幹擾。如可控矽整流系統的幹擾等。
其他幹擾
現場安全生産監控系統除了易受以上幹擾外,由于系統工作環境差,還容易受到機械幹擾、熱幹擾及化學幹擾等。
抗幹擾措施
對傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈沖幹擾,産生尖峰幹擾的用電設備有:電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈,甚至電烙鐵等。尖峰幹擾可用硬件、軟件結合的辦法來抑制。
用硬件線路抑制尖峰幹擾的影響
常用辦法主要有三種:
①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的幹擾控制器,将尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;
②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;
③在儀器交流電源的輸入端并聯壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱幹擾的影響。
利用軟件方法抑制尖峰幹擾
對于周期性幹擾,可以采用編程進行時間濾波,也就是用程序控制可控矽導通瞬間不采樣,從而有效地消除幹擾。
采用硬軟件結合的看門狗技術
它抑制尖峰脈沖的影響,在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計時,正常程序運行,該定時器不會産生溢出脈沖,看門狗(watchdog)也就不會起作用。一旦尖峰幹擾出現了“飛程序”,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信号就會出現,從而引起系統複位中斷,保證智能儀器回到正常程序上來。
實行電源分組供電
例如:将執行電機的驅動電源與控制電源分開,以防止設備間的幹擾。
采用噪聲濾波器
它抑制交流伺服驅動器的幹擾該措施對以上幾種幹擾現象都可以有效地抑制。
采用隔離變壓器
考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模幹擾能力。
采用高抗幹擾性能的電源
如利用頻譜均衡法設計的高抗幹擾電源。這種電源抵抗随機幹擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但幹擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗幹擾能力。
發展
國産變送器的早期發展回顧
1958年開始,中國開始研制電動單元組合儀表;1964年,全套27個品種的DDZ-I型儀表全部投入生産;從1965年起,中國開始規劃DDZ-II型電動單元組合儀表并于1970年組織了DDZ-II型電動單元組合儀表統一設計;與此同時,氣動單元組合儀表QDZ-I、QDZ-II也研制成功;上世紀七十年代中期開始研制DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表和QDZ-III氣動單元組合儀表。其中變送器也是上述單元組合儀表中一個重要的類别,初期生産的是力平衡式(如QDZ-II型變送器、部分DDZ-II型變送器),後開發矢量平衡式變送器(如QDZ-III型變送器、部分DDZ-II型變送器、DDZ-III型變送器),精确度指标大部分0.5%、1.0%,量程比為4:1~10:國産變送器制作粗糙,穩定性差,精确度低,量程比小,調整不方便,産品種類少。1978年中國開始改革開放,1979年西安儀表廠與羅斯蒙特公司簽訂1151電容式壓力/差壓變送器的技術轉讓合同,這是中國儀器儀表行業引進的第一個重要産品技術轉讓合同。對于變送器行業乃至整個儀器儀表行業來說,這應該是一個标志性的事件。
中國國内變送器市場的競争
自從西安儀表廠引進羅斯蒙特公司1151壓力(差壓)電容式變送器後,開創了國外高性能變送器快速進入中國市場的先例,随後日本富士公司FC系列變送器、日本日立公司EDR/EPR系列變送器也在蘭煉儀表廠、大連儀表廠引進生産。而随着國外儀器儀表公司變送器産品的大量湧入,國内生産廠和用戶都逐步熟悉了包括美國羅斯蒙特、美國霍尼韋爾、日本橫河、德國E+H、美國福克斯波羅、日本富士、日本日立、美國摩爾工業、美國Smar等公司生産的産品。上世紀90年代初期,四川儀表總廠與橫河公司合資成立重慶川儀橫河公司(後改成重慶橫河川儀公司),生産EJA系列變送器,同時通過川儀總廠及橫河公司在華的銷售網絡大力推銷,年銷售額快速增長,2007年變送器産品市場訂貨量達18萬台,其風頭遠遠超過羅斯蒙特公司的變送器類産品。ABB公司1999年推出MV2000T智能變送器後,也采用了與羅斯蒙特公司、橫河公司幾乎相同的方式,在中國尋求合作夥伴--上海威爾泰公司,合資建立生産線,并取得了年銷售數萬台的業績。日本富士公司也與浙江中控自動化儀表公司合作生産CXT變送器。近年來,由于跨國公司在中國變送器的銷售量大幅增長,除了引進技術或合資生産這種方式外,西門子、德國E+H、ABB均已在中國建立自己的獨資變送器生産線。



















