电压变送器的原理.doc

电压变送器

FZL系列导轨安装型交流电压变送器

[编辑本段]电压变送器
　　是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成接线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。采用普遍传感器电压电流信号，输入电压信号：0~5V/0~10V/1~5V 3、输出电流信号：0~10mA、0~20mA、4~20mA 4、输出电压信号：0~5VDC、0~10VDC、1~5VDC 。
　　电压变送器分直流电压变送器和交流电压变送器，交流电压变送器是一种能将被测交流电流（交流电压）转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统。 交流电压变送器具有单路、三路组合结构形式。直流电压变送器是一种能将被测直流电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，也广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等各个需要电量隔离测控的行业。
　　FZL系列导轨安装型交流电压变送器
　　技术参数
　　1．准确度(精度)：通用工业级0.5％，定制0.2％；
　　2．线性度：通用工业级0.5％，定制0.2％；
　　3．额定工作电压：DC＋24V±20％，极限工作电压≤35V，定制AC220V+15%；
　　4．电源功耗：DC+24V静态4mA，动态时相等与环路电流，内部限制25mA+10％，功耗0.6W；
　　定制AC220V，功耗1W；
　　5．额定输入吸收功率：电流类型≤1VA，电压类型≤1VA；
　　6．额定输入：70V，100V，120V，250V，300V，450V，500V，600V，800V，1000V或其他定制；
　　7．额定工作频率：50/60Hz；
　　8．输出形式：标准两线制DC4～20mA；
　　9．输出温漂系数：≤50ppm/℃；
　　10．响应时间：≤100ms；
　　11．输出负载电阻：RL（Ω)＝(24V－10V)／0.02A=700Ω；
　　注：(1)标准V＋24V时负载电阻RL为700Ω；
　　(2)RL等于转换1～5V的250Ω电阻加上两根传输线路总铜阻；
　　12．输入过载能力：电流类型：1.5倍连续，30倍/秒，电压类型：1.2倍连续，30倍/秒；
　　13．输出过流保护：内部限制25mA+10％；
　　14．两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：TVS抑制冲击电流能力为35A/20ms/1.5KW；
　　15．两线端口设置有+24V电源反接保护；
　　16．输出电流设置有长时间短路保护限制：内部限制25mA+10%；
　　17．输入/输出绝缘隔离强度：AC2000V / 1min、1mA，或其他定制；
　　18．输入/输出绝缘电阻≥20MΩ(DC500V)；
　　19．工作环境：－25℃～＋70℃，20％～90％无凝露；
　　20．贮存温度：－40℃～＋85℃，20％～90％无凝露；
　　21．安装方式：DIN-35mm导轨安装及M4螺钉固定；
　　22．执行标准： GB/T13850－1998；

电流变送器

　　电流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4～20mA（通过250Ω 电阻转换DC 1～5V或通过500Ω电阻 转换DC2～10V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。
　　电流变送器原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，辅助工作电源＋24V与输出信号线DC4～20mA共用，具有精度高，体积小、功耗小、频响宽、抗干扰、国内首创4种补偿措施和6大全面保护功能，两线端口防感应雷能力强，具有雷击波和突波的保护能力等优点。特别适用发电机、电动机、智能低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统；
　　电流变送器超低功耗，单只静态时0.096W，满量程功耗为0.48W，输出电流内部限制功耗为0.6W。
　　电流变送器技术参数：
　　1．精度：优于0.5％ ；
　　2．非线性失真：优于0.5％；
　　3．额定工作电压Vcc：＋24V±20％ ，极限工作电压：≤35V ；
　　4．电源功耗：静态4mA，动态时相等于环路电流，内部限制25mA＋10％；
　　5．额定输入：5A……1KA（42个规格）；
　　6．穿孔穿芯圆孔直径：9、12、20、25、30mm；
　　7．输出形式：两线制DC4～20mA；
　　8．输出电流温漂系数：≤50ppm/℃；
　　9．响应时间：≤100mS；
　　10．输入/输出绝缘隔离强度：AC3000V / 1min、1mA；
　　11．输出负载电阻：RLmax ≤ （Vcc-10V）/ 20mA
　　注：（1）标准Vcc＝24V时负载阻抗为700Ω；
　　（2）RLmax＝250Ω (转换1～5V的电阻)＋ 两根传输线路总铜阻。
　　12．输入过载保护：30倍1min；
　　13．输出过流限制保护：内部限制25mA＋10％；
　　注：国际标准输出过流限制保护：内部限制25mA＋10％；
　　14． 两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：TVS抑制冲击电35A／20ms／1.5KW；
　　15．两线端口设置有＋24V电源反接保护；
　　16．输出电流设置有长时间短路保护限制；内部限制25mA＋10%；
　　17．工作环境： －40℃～＋80℃，10％～90％RH；
　　18．贮存温度： －50℃～＋85℃；
　　19．执行标准： GB／T13850－1998；
传感器和变送器的区别详解
　　传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。（两者的区别就在于输出是否为标准信号，如工业测控的4mA~20mA,1v~5v,2v~10v。）
　　变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器，传感器则是将物理信号转换为电信号的器件，过去常讲物理信号，现在其他信号也有了。一次仪表指现场测量仪表或基地控制表，二次仪表指利用一次表信号完成其他功能：诸如控制，显示等功能的仪表。
　　传感器和变送器本是热工仪表的概念。传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。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。根据需要还可将模拟量变换为数字量。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。还有一种变送器不是将物理量变换成电信号，如一种锅炉水位计的“差压变送器”，他是将液位传感器里的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧，以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。当然还有把电气模拟量变换成数字量的也可以叫变送器。以上只是从概念上说明传感器和变送器的区别。

变送器
目录[隐藏]
主要概念
两线制电流变送器
电流变送器的4-20mA输出如何转换
电流输出型与电压输出型比较
4～20mA电流输出型接口处理方法
两线制电流变送器的保护功能
辨别真假优劣电流电压变送器
电流变送器技术参数
变送器与传感器的区别
主要概念
两线制电流变送器
电流变送器的4-20mA输出如何转换
电流输出型与电压输出型比较
4～20mA电流输出型接口处理方法
两线制电流变送器的保护功能
辨别真假优劣电流电压变送器
电流变送器技术参数
变送器与传感器的区别

[编辑本段]主要概念
　　传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。

当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

信号-发送-传输-接收
transmitter
　　输出为标准信号的传感器。这个术语有时与变送器通用。
　　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（二线制数显数码管）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讯协议方式输出的设备。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。
　　HAKK-EKA110A变送器的原理
　　变送器遵循一个物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转化成4-20mA等标准信号的装置。
　　变送器将传感信号转换为统一的标准信号：0/4-20mADC,1-5VDC、2-10VDc
　　变送器：除有传感的功能之外还有放大整形（或叫做调理）的功能，输出为标准的控制信号．如：４－２０mA

什么是变送器的二线制和四线制信号传输方式?
　　二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻（信号显示数码管）是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。......请看变送器八问八答。
[编辑本段]两线制电流变送器
　　什么是两线制?两线制有什么优点?
　　两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制与三线制 (一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND) 和四线制(两根正负电源线，两根信号线,其中一根共GND)相比，两线制的优点是：
　　1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用；
　　2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；三线制与四线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。
　　3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1～5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；
　　4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....
　　5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。
　　6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。
　　三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器芯片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。设备现场的环境较为恶劣，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，单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。
　　两线制变送器件的出现使这个问题得到了较好地解决。我们以DH4-20变送模块为核心设计了小型、价廉的穿孔型两线制电流变送器。它具有低失调电压(＜30 μV)、低电压漂移(＜0.7μV/C°)、超低非线性度(＜0.01%)的特点。它把现场设备动力线的电流隔离转换成4～20 mA的按线性比例变化的标准电流信号输出，然后通过一对双绞线送到监测系统的输入接口上，双绞线同时也将位于监测系统的24V工作电源送到电流变送器中。测量信号和电源在双绞线上同时传送，既省去了昂贵的传输电缆，而且信号是以电流的形式传输，抗干扰能力得到极大的加强。两线制电流变送器原理如(图1)所示。
[编辑本段]电流变送器的4-20mA输出如何转换
　　两线制电流变送器的输出为4～20 mA，通过250 Ω的精密电阻转换成1～5 V或2-10V的模拟电压信号.转换成数字信号有多种方法，如果系统是在环境较为恶劣的工业现场长期使用，因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性。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成频率信号，用光电耦合器件TL117进行模拟量与数字量的隔离。
　　同时模拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源，模拟地与数字地相互分开，这样可提高系统工作的安全性。利用压频转换器件LM231也有一定的抗高频干扰的作用。
[编辑本段]电流输出型与电压输出型比较
　　在单片机控制的许多应用场合,都要使用变送器来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(atmegal单片机的供电电源多为1.8~5.5v或2.7~5.5v,而此单片机的ADC转换范围是0~VCC)，如电流变送器,压力变送器、温度变送器、流量变送器等。
　　早期的变送器大多为电压输出型，即将测量信号转换为0-5V电压输出，这是运放直接输出,信号功率<0.05W,通过模拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合，电压输出型传感器的使用受到了极大限制，暴露了抗干扰能力较差,线路损耗破坏了精度等等等缺点，而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用。
　　电压输出型变送器抗干扰能力极差，线路损耗的破坏,谈不上精度有多高,有时输出的直流电压上还叠加有交流成分，使单片机产生误判断，控制出现错误，严重时还会损坏设备，输出０－５Ｖ绝对不能远传，远传后线路压降大，精确度大打折扣。现在很多的ADC,PLC,DCS的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器4-20mA的,证明了电压输出型变送器被淘汰的必然趋势。
[编辑本段]4～20mA电流输出型接口处理方法
　　电流输出型变送器的输出范围常用的有0～20mA及4～20mA两种，电流变送器输出最小电流及最大电流时，分别代表电流变送器所标定的最小及最大额定输出值。
　　下面以测量范围为以0～１００Ａ的电流变送器为例进行叙述。对于输出0～20mA的变送器0mA电流对应输入０Ａ值，输出4～20mA的变送器4mA电流对应输入0Ａ值，两类传感器的20mA电流都对应１００Ａ值。
　　对于输出0～20mA的变送器，在电路设计上我们只需选择合适的降压电阻，在A/D转换器输入接口直接将电阻上的０－５Ｖ或０－１０Ｖ电压转换为数字信号即可，电路调试及数据处理都比较简单。但劣势是无法判别变送器的损坏,无法辨别变送器输出开路和短路。
　　对于输出4～20mA的变送器，电路调试及数据处理上都比较烦琐。但这种变送器能够在变送器线路不通时,短路时或损坏时通过能否检测到正常范围内的电流(正常时最小值也有4mA)，来判断电路是否出现故障，变送器是否损坏,因此得到更为广泛普遍的使用。
　*　由于4～20mA变送器输出4mA时，在取样电阻上的电压不等于0，直接经模拟数字转换电路转换后的数字量也不为0，单片机无法直接利用，通过公式计算过于复杂。因此一般的处理方法是通过硬件电路将4mA在取样电阻上产生的电压降消除，再进行A/D转换。这类硬件电路首推1）RCV420,是一种精密的I/V转换电路,还有应用2)LM258自搭的I/V转换电路,这个电路由两线制电流变送器产生的4～20mA电流与24V以及取样电阻(250Ω)形成电流回路，从而在取样电阻上产生一个1-5V压降，并将此电压值输入到放大器LM258的3脚。电阻分压电路用来在集成电路LM258的2脚产生一个固定的电压值，用于抵消在取样电阻上4mA电流产生的压降。所以当两线制电流变送器为最小值4mA时，LM258的3脚与2脚电压差基本为0V。LM258与其相连接的电阻构成可调整电压放大电路，将两线制电流变送器电流在取样电阻上的电压值进行放大并通过LM258的1脚输出至模拟/数字转换电路，供单片机CPU读入，通过数据处理方法将两线制电流变送器的4-20mA电流在LCD/LED屏幕上以0-100A值的形式显示出来。
[编辑本段]变送器与传感器的区别
　　随着技术的进步，有些技术词汇的含义有了变化，以至于常常引起误解。传感器就是这样一个例子。
　　现在人们说的传感器是由两部分组成的，即分别是敏感元件和转换元件。其中敏感元件是指传感器中能够直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器的输出信号一般很微弱，需要将其调制与放大。随着集成技术的发展，人们又将这部分电路及电源等电路也一起装在传感器内部。这样，传感器就可以输出便于处理，传输的可用信号了。
　　而在以前技术相对落后时，所谓的传感器是指上文中的敏感元件，而变送器就是上文中的转换元件。
　　变送器的种类很多，用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送器，压力变送器，流量变送器，电流变送器，电压变送器等等。