变送器范文10篇

变送器范文篇1

关键词：传感器变送器选用

一、一体化温度变送器

一体化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和热电偶型两种类型。

热电阻温度变送器是由基准单元、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进行补偿，经V/I转换电路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，再帽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。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）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；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。

二、压力变送器

压力变送器也称差变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、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：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。

压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。

三、液位变送器

1、浮球式液位变送器

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、接线盒及安装件组成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。

2、浮简式液位变送器

浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

3、静压或液位变送器

该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出。

四、电容式物位变送器

电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。

电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为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。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。

五、超声波变送器

超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。

六、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、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。

锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。

七、酸、碱、盐浓度变送器

酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。

酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。

酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、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等单元组成。

八、电导变送器

它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。

由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。

九、智能变送器

智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。

微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：

1.具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。

变送器范文篇2

关键词：HART协议智能变送器现场总线数字数据通信

概述

现场总线技术是当前自动检测技术的热点之一。从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表则为现场总线的出现和应用奠定了基础。自1983年Honeywell推出智能仪表--Smar变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表。为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的形成。目前，几种有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART，除HART外，均为全数字化现场总线协议。

全数字化意味着将取消传统的模拟信号的传送方式，而要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其他设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）。此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性。现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自独立标准的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其他系统共享资源。

目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于4～20mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制信各个领域。因此，马上全数字化是不现实的。为满足从模拟到全数字的过渡，HART协议应运而生。HART采用频移键控（FSK）技术。它基于Bell202通信标准，在4～20mA模拟信号上叠加不同的频率信号（2200Hz表示"0"，1200Hz表示"1"）来传送数字信号（见图3）。HART协议的数据传输速率为1200bps（位/秒）。HART现场总线（简称HF）系统采用主从工作方式：主机为1台IBM-PC机；从机为1台或多台遵守HART协议的HF智能变送器。当从机只有1台HF智能变送器，即智能变送器工作在点-点方式下时，可继续使用传统的4～20mA信号进行模拟传输，而测量、调整和测试数据用数字方式传输；当从机为多台HF智能变送器时，即智能变送器工作在多站方式下时，4～20mA信号作废，每台变送器工作电流为4mA左右。所有测量，调整和测试数据均用数字方式传输。由于每台HF变送器有惟一的编号，所以主机能对每一台变送器进行操作。HART提供设备描述语言（DDL），以确保互操作性。应该指出，HART被认为是事实上的工业标准，但它本身并不算现场总线（模拟和数字的混合），只能说是现场总线的雏形，是一种过渡协议。由于4～20mA模拟信号标准将在今后相当长的时间内存在，所以研究HART协议仍具有重要意义。

本文讨论基于HART协议智能变送器的硬件实现的技术问题。一是要解决微功耗的问题，二是要讨论实现HART协议智能变送器通信功能的有效方法。

一、功耗要求

为实现智能变送器的基本功能，如线性化处理、温度补偿、自动零点和量程调整及数字通信等，以下关键器件如微控制器、A/D、D/A、通信芯片及传感器等是所必需的。图1是HART协议智能变送器的原理框图。传感器模拟量信号经A/D转换成数字量后送入单片机，单片机将处理后的数字量通过D/A转换器，经V/I转换电路输出4～20mA标准电流信号。在数字通信时，微处理器通过通信接口芯片及耦合电路，以4～20mA电流环路为介质传送和接收数据。

图1中的存储器（memory），用来存储传感器的特性参数、现场命令、现场状态等工作参数。

图2是图1中通信系统的详细方框图。中心是Bell202通信标准的HART调制解调器，并在信号的输出端和输入端分别加1个波形整形和带通滤波器，用以加强通信的可靠性。

1.功耗要求

为兼容4～20mA现行标准，HART协议智能变送器必须可工作在4～20mA两线回路中。这就意味可用来为变送器供电的电流不能超过4mA。在实际应用中，为兼容数字与模拟两信号，通常将数据频率信号通过V/I转换电路的调整管，转换为幅度为±0.5mA的频率信号，叠加在两线的4～20mA电流环上（2200Hz表示"0"，1200Hz表示"1"），如图3所示。由于对特性，此信号的平均值为0，因此模拟和数字两种信号互不干扰。但环路上电流瞬时最大值I=4.5mA，最小值I=3.5mA，如果向变送器供电过多，超过3.5mA，将导致数字信号负半周失真。考虑到调节量所需的余量，要求对变送器供电电流一般不要超过3.4mA为好。

2.供电方式

给变送器系统供电主要有两种方式：一是直接将输入电压稳压成所需电压（5V或3.3V）后向系统供电，这种方法总电流必须控制在4mA以内，二是采用DC-DC供电方式，只要DC-DC变换器的效率足够高，在功耗控制上它比第1种方法要宽松得多，但同时还需要考虑变换器的线性稳定性因素可能带来的负面影响。由于目前微功耗、高性价比的集成电路出现，采用方法一的优越性更多，因为在供电方式上，2种方法都有需考虑对供电电压的适应问题。一般工业现场多为DC24V，也有DC36V供电的。一般要求变送器能在DC12～42V供电电压下稳定、可靠地工作，这一方面直接供电方式要比DC-DC变换方式灵活得多。

二、通信系统

1.通信芯片

SMAR公司生产的HT2012为贝尔202标准的单片机CMOS微功耗FSK调制解调器。它是为设计过程控制仪器检测和其他的低功率装备中提供HART通信功能的专用芯片。

HT2012由4个主要功能模块组成：时钟频率、解调器、调制器、载波检测。

HT20l2需要460.8kHz外时钟输入，3～5V供电，低功耗（典型值40μA）[5]。

HT2012调制解调器的半双工的。当一个运转时，调制器和解调器中的另一个会被停止。工作在Bell202标准，发送、传送和接收调制位速率1200bps。

HT2012使用1200Hz("1")和2200Hz（"0"）Bell202信号频率，CMOS、TTL兼容。

TH2012具有载波检测输出端OCD，低电平有效，表示对方通信芯片准备进行载波发送，改进了通信的实时性和灵活性。另外，19.2kHz时钟信号输出，也为应用提供了方便。

2.D/A及V/I转换器

为将数字频率信号转换为±0.5mA的频率信号，叠加在两线的4～20mA电流环上，还需要附加耦合电路，这样必然会造成更多的功耗开销。而美国A/D公司的产品AD421[2]，是专为HART协议智能仪表设计的，包括4～20mA电流环的16位D/A转换器。它与HART协议兼容，其开关电流源和滤波器功能块，可HART电压信号向±0.5mA电流信号的转换，为应用带来方便。

AD421基本性能：（1）4～20mA输出；（2）HART兼容，能用于标准HARTFSK协议通信；（3）16位分辨率；（4）±0.01%积分的非线性；（5）3V、3.3V或5V可调节电压输出及2.5V和1.25V精度参考，用于自身和系统其他器件；（6）Vcc=5V供电时，750μA最大静态电流，典型值为575μA；（7）可编程报警电流功能，允许变送器发出电流超范围警报，以表示转换器的故障；（8）灵活的高速串行接口。

AD421有2种工作方式：4～20mA输出方式和3.5～24mA报警输出方式。

三、单片机及A/D转换器

1.A/D转换器

为实现智能变送器的功能，在电路硬件设计上，需要1个增益可调的仪表放大器和1个分辨率至少在14位的A/D转换器，来实现对传感器信号的放大和模数转换。这样才能达到智能变送器的高精度、自动调节量程、大量程比的设计要求。对智能差压变送器，还需要对静压和温度进行采样，从而实现对静压和温度的补偿，提高全范围的测量精度。这样，还需要1个多路转换器实现通道间的切换。如果选用分立元件，必然会有相当大的功耗引入，难以满足HART协议智能变送器功耗要求。某些大公司为兼容4～20mA的智能变送器设计了专用A/D转换器，如MAXIM公司的MAX1400和AD公司的AD7714。其共同点是将增益可调的仪表放大器、多路转换器和A/D转换器集成在1个芯片中，功耗在几百μA左右，为实现HART协议智能变送顺提供了方便。

MAX1400基本性能：（1）MAX1400[1]为低功耗、多通道、带SPI同步串行口的∑/ΔA/D转换器；（2）18位分辨率；（3）3个全差分或5个准差分信号输入通道；（4）可编程PGA，选定增益分别为（1，2，4，8，16，32，64或128）；（5）AIN1～AIN6可组成3个全差分输入通道，也可以组合成5个准差输入通道；（6）2个额外的全差分系统校正通道CALOFF和CALGAIN用来作为失调和增益误差的校正；（7）MAX1400内的2个漂移补偿缓冲器，用于隔离所选输入和PGA及调制器的电容性负载的联系。当V+为5V供电时，MAX1400的参考输入为2.5V，模拟输入的变化范围为-Vimax～+Vimax。Vimax=5÷（2×GAIN）。

2.单片机

为实现高性能、微功耗的智能变送器控制电路，单片机选用PIC16C73[7]。它具有功耗低、运行速度快、功耗强等特点。采用长字节指令，所有指令均为单字长，除跳转为双周期指令均为单周期（4个时钟周期）指令。内含看门狗、8级硬件堆栈、192×8RAM、32上定时器、2个捕捉器、5路8位A/D转换器、SPI/I2共用的同步串行口、1个异步发送/接收串口USART、多种中断功能，包括B口RB4～RB7输入电平变化中断。

四、基于HART协议智能压力/差压变送器的设计

图4为HART协议智能压力/差压变送器的电路原理图。电路所用集成电路为上面所提及的，其特点为：集成度高、性/价比好、功耗低、功能强。片间的数据通信采用MOTOROLA公司推出的同步串行接口SPI（SerialPeripheralInterface），同优点是占用MCU资源小，可根据系统的大小随着扩充。在实际应用中，单片机可方便地与带SPI接口的集成电路芯片如A/D、D/A、数据存储器等连接。由于单片机PIC16C73带有SPI串行总线硬件接口，使数据通信速度更高，使用更灵活。

1.电路说明

A/D转换器MAX1400的2个全差分通道AIN1、AIN2和AIN3、AIN4分别对差压传感器TRS1、静压传感器TRS2进行厝数转换。AIN5和AIN6组成准差分输入通道对TRS1的恒流输入进行监测。传感器均为半导体压阻传感器，压阻传感器的特点是它的每个桥臂电阻都比较大，一般为2kΩ，以下均假设它们的桥臂电阻值为2kΩ。采用恒流供电，可以进一步减小传感器的非线性和温度对传感器输出灵敏度的影响。实验得知，压力和差压传感器的等效电阻值在全温度范围内（0～70℃）的变化量是全量程内压力或差压所引起的等效电阻值变化的100倍左右，因此，AIN5所测得的A/D值可以对整个变送器进行温度补偿。为提高变送器的测量精度，须对静压给差压带来的误差进行补偿，所以电路中设计了全差分通道AIN3、AIN4对静压传感器TRS2进行监测，从而可实现对静压的补偿。

HART通信模块由HT2012和波形整形电路及带通滤波器组成。整形电阻由74HC126（4个三态输出缓冲器）组成，并能通过2个750Ω电阻及2.2μF的耦合电容，将整形后的HT2012发出的电压信号输入到AD421的开关电流源和滤波器功能块中，可实现HART电压信号由±0.5mA电流信号的转换。带通滤波器由图4中细线框中的2个运算放大器及电阻、电容组成。它将4～20mA环路上的±0.5mAHART电流信号转换为HART电压信号，经HT2012解调，再送入单片机串行通信接口中，从而完成数据的接收任务。

AD421除完成4～20mA电流信号输出及HART通信外，还为系统提供电源及参考电压。它的2.5V参考电压供自己和MAX1400使用。

数据存储器选用24LC65，为8KB的串行E2PROM，供电电压2.5～5.5V，功耗：读电流150μA；写电流3mA（5V供电）。用来存放传感器特性参数及现场组态命令、工作参数、通信数据。

HT2012的19.2kHz信号，送入PIC16C73的计数器输入端，用于检测HT2012的工作情况。

HT2012的OCD信号，送入PIC16C73的RB7端。RB7设为中断方式，用于检测通信状态。

2.功耗及电流分配

AD421由4～20mA环路主电源供电，转换的5V电源为自己和24LC65及MAX1400的模拟电路部分供电，设计时须留下功耗余量。AD421工作电流为600μA，24LC65读电流为10μA，MAX1400的模拟电路工作电流不超过100μA，而变送器功耗设计为3.4mA，剩下2.5mA电流供电路其他器件使用。具体分配如下：传感器由恒流二极管3CRC供电0.5mA，剩下2.0mA电流由另一支3CRC恒流后供电路的其他部分使用。这样可避免由于器件在动态和静态工作时功耗的不同而引起4～20mA信号的变化（尽管实验证明这个变化是很小的）。

3CRC恒流原理是：其内部提供一稳定的1.24V从两管脚引出，在这两管脚上接1个电阻即可中输出恒流。计算公式为：I（mA）=1.24/R（kΩ）。只要保证3CRC的工作电压略大于1.24V即可正常工作。

稳压管选用ZRC330。它的稳压值为3.3V，最小工作电流为20μA，最大吸收电流达5mA，温度系数50ppm是比较理想的器件。MAX1400的工作电流值小于150μA（3.3V供电），HT2012的功耗电流40μA，带通滤波器选用运放TLC27L2C，最大功耗电流仅为48μA。整形电路的74HC126工作于低频下最大电流500μA左右，剩下1.25mA电流供单片机消耗。

单片机PIC16C73的功耗在4MHz时钟、Vdd=3V时，为2.0mA；而在4MHz和20MHz时钟、VDD=5V下工作时，电流值分别为2.7mA和13.5mA。可见适当降低单片机工作频率可使其功耗大幅度下降。由于PIC16C73除跳转指令外，均为单字节指令，指令周期仅为4个时钟周期同，其运行速度比其他类型的单片机快，适当降低工作频率其运行速度仍远远满足变送器实时要求。本设计单片机采用1MHz工作频率，其功耗的实验数据小于1mA。

HT2012工作主时钟为特殊的460.8kHz，需要特或向SMAR公司索取。本电路采用1片PIC16C58A[7]单片机，外接1.8432MHz晶振，经单片机4分频后，正好输出460.8kHz的时钟，直接供HT2012使用。PIC16C58A单片机是PIC系列单片机中的低挡产品，功耗与PIC16C73相当。由于电路由增加了1片单片机，整个电路的功耗将超出允许范围。为保证功耗要求，电路设计采用能量分时复用的方法：程序通过V1、V2、V3实现传感器和PIC16C58A的分时复用，即变送器在做A/D转换时，系统给传感器供电，当需要检测通信有无或主动进行通信时，单片机将给传感器的0.5mA关断，而将电流并入3.3V工作电源上，同时启动PIC16C58A。PIC16C58A的功耗指标为32kHz时钟，VDD=3V时典型值小于15μA。由于对PIC16C58A的某一I/O口（如RB）进行置高、置低操作，所以不怕程序"跑飞"，因此不需PIC16C58内的WDT功能，将它置于OFF状态，功耗大大降低。因此，PIC16C58A在1.8432MHz的时钟下工作，其功耗不会超过0.5mA。

对数据存储器24LC65的功耗：读电流150μA，没有功耗问题；而写电流3mA，一般出现在数据通信完成之后的很短时间内，只要规定在通信时4～20mA电流信号作废，即可解决功耗要求问题。24LC65一定要接在4～20mA主电源中。

从以上分析，电路功耗小于3.4mA的智能变送器，满足要求。

变送器范文篇3

关键词：电流变送器；电流环；应变桥；保护电路

引言

集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可划分成以下两种类型：一种是电压／电流转换器，亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4～20mA的电流信号（典型产品有1B21，1B22，AD693，AD694，XTR101，XTR106和XTR115）；另一种属于电流／电压转换器，也叫电流环接收器（典型产品为RCV420）。上述产品可满足不同用户的需要。

XTR系列是美国BB（BURR－BROWN）公司生产的精密电流变送器，该公司现已并入TI公司。该系列产品包括XTR101，XTR105，XTR106，XTR110，XTR115和XTR116共6种型号。其特点是能完成电压／电流（或电流／电流）转换，适配各种传感器构成测试系统、工业过程控制系统、电子秤重仪等。

1XTR系列产品的分类及性能特点

XTR系列精密电流变送器产品的分类及主要特点详见表1。

表1XTR系列产品的分类及主要特点

产品

型号满量程输入范围激励源输出输出电流Io/mA环路电源Us/V封装形式主要特点

XTR10110mV或50mV两路1mA电

流源4～2011.6～40DIP－14SOL－16能将各种传感器产生的微弱电压信号转换成4～20mA的电流信号，适配应变桥、热电偶及铂热

电阻

XTR1055mV～1V两路0.8mA电流源4～207.3～36DIP－14带2线制或3线制铂电阻接口，能实现温度/电流

转换

XTR106满量程范围由电阻Rs来设定2.5V及5V两路基准电压4～207.5～36DIP－14带2.5V或5V激励源，适配应变桥

XTR1100～5V或0～10V10V基准电压4～20或0～20或5～2513.4～40DIP－16可选择输入电压范围和输出电流范围

XTR11540～200μA2.5V基准电压4～207.5～36SO－8带2.5V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计

XTR11640～200μA4.096V基准电压4～207.5～36SO－8带4.096V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计

2XTR115型电流变送器的工作原理

2.1性能特点

1）它属于二线制电流变送器，内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源。XTR115可将传感器产生的40～200μA弱电流信号放大100倍，获得4～20mA的标准输出。当环路电流接近32mA时能自动限流。如果在脚3与脚5之间并联一只电阻，就可以改变限流值。

2）芯片中增加了＋5V精密稳压器，其输出电压精度为±0.05％，电压温度系数仅为20×10－6／℃，可给外部电路（例如前置放大器）单独供电，从而简化了外部电源的设计。

3）精度高，非线性误差小。转换精度可达±0.05％，非线性误差仅为±0.003％。

4）环路电源电压的允许范围宽，Us=7.5～36V。XTR115由环路电源供电。工作温度范围是－40℃～＋85℃。

5）专门设计了功率管接口，适配外部NPN型功率晶体管，它与内部输出晶体管并联后可降低芯片的功耗。

2.2工作原理

XTR115采用SO－8小型化封装，其内部电路框图及基本应用电路如图1所示。U＋为电源端，接环路电源。UREF为2.5V基准电压输出端。II端接输入电流。IRET为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端，可作为输入电路的公共地。OUT为4～20mA电流输出端。UREG为＋5V稳压器的输出端。B和E端为外部功率管的接口，分别接功率管的基极（B）和发射极（E）。功率管的集电极（C）接U＋端。芯片内部主要包括输入放大器（A），电阻网络，输出晶体管（VT1），2.5V基准电压源和＋5V稳压器。RLIM为内部限流电阻。元器件主要有输入电阻（RI），功率管（VT2），环路电源（Us）和负载电阻（RL）。输入电压UI先经过RI转换成输入电流II，再经过XTR115放大后从OUT端输出4～20mA的电流信号。为减小失调电压以及输入放大器的漂移量，要求UI>0.5V。输出电流与输入电流、输入电压的关系由式（1）确定。

Io=100II=100UI／RI（1）

3XTR系列产品的应用电路

3.1应变桥电流变送器

由XTR115构成应变桥电流变送器的电路如图2所示。将脚3视为公共地，由脚1给应变桥提供＋2.5V的电源电压。前置放大器采用TL061型单运放（亦可采用OPA2277型双运放，仅用其中的一个运放），由＋5V稳压器单独给运放供电。RI为20kΩ输入电阻，C为降噪电容，VT为外部NPN功率管，可选2N4922，TIP29C或TIP31B等型号。以2N4922为例，其主要参数为UCEO=60V，ICM=1A，PCM=30W。该电路的工作原理是当试件受力时，应变桥输出的电压信号首先经过前置放大器放大成0.8～4V的输入电压UI，再通过RI转换成40～200μA的输入电流II，最后经XTR115放大100倍后获得4～20mA的电流。

需要指出，XTR115只能配NPN功率管，不能配MOS场效应功率管。外部功率管应满足XTR115对电压、电流的要求，使用中还须给功率管装上合适的散热器。

3.2保护电路的设计

保护电路应兼有反向电压保护与正向过压保护两种功能。XTR115的保护电路如图3所示。反向电压保护电路由二极管整流桥VD1～VD4组成，可防止因将环路电源的极性接反而损坏芯片。整流二极管可选用1N4148型高速硅开关二极管，其主要参数为URM=75V，Id=150mA，trr=4ns。采用桥式保护电路之后就不用再考虑环路电源的极性，因为，无论Us的极性是否接反，它总能保证U＋端接得是正电压。鉴于在任何时刻整流桥上总有两只二极管导通，因此，在计算环路电压ULOOP时须扣除两只硅二极管的正向压降（约为1.4V），由式（2）确定。

ULOOP=Us－IORL－1.4（2）

过压保护电路采用一只1N4753A型稳压管，其稳定电压为36V，稳定电流为7.0mA。当环路电压过高时就被钳位到36V。实验证明，即使环路电压达到65V，XTR115也不会损坏。为了改善瞬态过压保护特性，还可采用Motorola公司生产的P6KE39A型瞬态电压抑制器（其英文缩写为TVS，亦称瞬变电压抑制二极管）来代替稳压管。P6KE39A的钳位电压UB=39V，钳位时间仅为1ns，其性能远优于齐纳稳压管。

3.3配J型热电偶的电流变送器电路

由XTR101构成带冷端温度补偿功能的J型热电偶输入电路，如图4所示。该电路可将温度信号转换成4～20mA的电流信号。Rs为满量程（SPAN）设定电阻，其电阻值由式（3）确定。

Rs=40/[(ΔIo/U1)-0.016]（3）

式中：ΔIo=20mA－4mA=16mA。

例如，当UI=100mV时，由式（3）不难算出，Rs=278Ω。Rs的引线应尽量短，以减小干扰。当Rs=∝时，UImax=1V。Rp为调零电位器，在0℃下调整Rp可使Io=4mA。冷端温度补偿电路由二极管VD1，分压电阻R1和R2组成，R1及R2均采用精密金属膜电阻。

J型热电偶在－200℃～＋750℃测温范围内的平均温度系数αT=＋51.70μV／℃。硅二极管正向压降的温度系数αD≈－2.1mV/℃，经过R1和R2分压后

变送器范文篇4

图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。

隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。

上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。

这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。

2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。

隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件.从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。

3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。

显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。

WS1562的最大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。

4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。

二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。

变送器范文篇5

图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。

隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。

上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。

这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。如图二。

2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。

隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件.从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。

3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图三。

显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。

WS1562的最大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。

二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。

变送器范文篇6

目前，配网自动化的发展已较为成熟，各类配网自动化产品也种类繁多，但针对通信规约及通信信息的员工配网自动化培训系统缺少。本文设计了一个配网自动化信息工程实验系统，系统能模拟配网主站SCADA及数据库的功能；能完全实现FTU的三遥功能，能在FTU及配网主站展示通信报文信息；FTU的独特设计之处有大屏幕显示菜单并操作。

2实验系统简介

本文设计的配网自动化信息工程实验系统用单相220V交流电模拟10kV配电网，设计的配网自动化信息工程实验系统主要包括配网主站与FTU（FeederTerminalUnit）两个部分，配网主站与FTU可以按104规约进行通信，其结构如图1所示。配网自动化模拟主站在PC机上采用C++Builder软件仿真设计,充分利用其C++语法结构的特点与友好的图形界面，设计出了配网仿真线路与良好的人机交互界面，实现了遥测、遥信、遥控、对时、SOE时间顺序记录等功能。配网终端FTU装置是本次设计的重点，主要采用STM32F407开发板设计，具有信息采集、继电保护、人机交互、命令执行等功能。

3实验系统设计介绍

3.1配网主站功能仿真。配网主站设计遵循“一体化”的设计原则，设计的配网SCADA系统主要包括：人机交互模块、通信服务模块、数据处理模块、数据库管理模块，其系统模块如图2所示。人机交互模块负责为操作员提供可视化的操作界面，主要包括：配网节点运行信息显示、104报文内容显示、功能按钮实现。通信服务模块负责建立网络连接、提供外部数据源，主要包括：网络管理、接收与发送数据缓冲区创建。通信功能是通过SOCKET控件实现的，配网自动化主站作为数据请求方，在TCP连接中为客户端，在C++Builder中调用ClientSocket控件即可实现。数据处理模块负责管理数据，主要包括：信号判别、标度变换、命令生成等等，信号判别是对开关分合状态的判断，方法为：判断相应标志位，其中：“0”表示开关断开、“1”表示开关闭合；标度变换的内容是将接收到的电压电流值还原为工程一次值。数据库管理模块主要负责数据库创建、数据存储、数据查询。数据库采用SQLServer软件设计，C++Builder软件通过ADO相关控件对数据库进行访问与操作。3.2FTU软硬件设计。FTU的设计基于STM32F4开发板，其硬件模块如图3所示，开发板搭载了电源模块电路、JTAG接口电路、复位电路、A/D转换电路、通信接口电路、LCD液晶显示电路，此外通过开发板外部的扩展IO口设计了开关量输入/出电路。FTU的软件系统是基于UCOS-III操作系统设计的，该操作系统的多任务管理有利于软件系统的模块化设计，故FTU软件系统也按模块进行设计。其任务模块如图4所示，包括人机交互模块、通信任务模块、遥控量输出、遥信量采集、遥测量采集、实时时钟区，其中人机交互模块由Emwin图形显示与触摸屏任务两部分组成。配网终端FTU的主要任务是监测控制、通信等基本任务，故对系统任务进行划分时，首先要考虑在出现故障的情况下，系统能够运行基础的任务，并对出现的故障向主站实时反馈。根据对各个任务重要程度的判断，FTU软件系统把任务划分为7个优先级，内核任务占前五个优先级，故用户任务优先级从6开始设计，设计的任务优先级如表1所示。从表1中可以看出，遥信量采集与遥控量采集任务优先级较高，故障出现时，FTU根据采集到的故障数据判断故障跳开继电器。TCP服务器任务优先级为8，在FTU采集到的遥测量遥信量后，FTU立即上传数据，若收到主站下发遥控命令，FTU立即执行要命令。EMWINDEMO任务与TOUCH任务分别实现了图形显示与触摸的功能，任务优先级最低。3.3数据采集与开关控制电路。在STM32F407开发板外专门设置了数据采集与开关控制电路，其中数据采集电路主要功能是采集电压、电流值，有通过交流采样采集电压电流值与变送器采集电压电流值两种方法，本次设计采用变送器采集电压电流值，采用由迅鹏公司生产的变送器，其中电流变送器型号为YPD-I-A1-P5-O1，电压变送器型号为YPD-U-A1-P5-O1，电压变送器与电流变送器工作电源都为220V交流电。电流变送器的输入电流范围为：0-1A，输出电压范围：0-5V。电压变送器输入电流范围为：0-1A，输出电压范围：0-5V。输出的信号均为模拟信号，该信号输入STM32F407的A/D转换通道后变位数字信号。本次设计的继电器跳合闸模块采用SONGLE公司生产的1路带光耦隔离的继电器模块，芯片接线原理如图5所示。该模块采用贴片式光耦隔离，驱动性能好，触发电流不大（5mA）。本次设计的小型交流电路系统正常运行状态下电流为90mA左右，完全满足触发要求。触发方式有两种可供选择：高电平触发和低电平触发，另外，继电器模块的强大的容错设计可有效避免继电器误动作。

4实验系统运行分析

模拟主站与FTU以太网按IEC60870-5-104规约通信，可以实现“三遥”功能、数据查询功能、SOE事件顺序记录等SCADA系统的基本功能，设计的FTU可以完成遥测量采集、遥信量采集、继电保护、人机交互、与主站进行通信，如图6所示。本设计在FTU与主站端均可显示104规约报文。实验系统的特点是可以模拟正常的遥信遥测上传及报文内容，可以模拟故障情况下的规约报文等，对按104规约的主站与FTU信息通信的报文展示具有突出的优点。

5结论

本次配网自动化信息工程实验系统的设计能展示主站与FTU按104规约通信的各种报文，是学员学习配网自动化信息通信内容和规约的优良平台。实验系统的提高之处在于可进一步开发配网自动化系统中的101规约、DNP3.0规约及IEC61850规约应用培训内容。

参考文献

[1]盛成玉，孙振权．智能配电网技术方案的应用设计[J]．物联网技术，2012(10)：84-87．

变送器范文篇7

图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。

隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。

上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。

这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。

2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。

隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件.从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。

3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。

显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。

WS1562的最大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。

4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。

二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。

变送器范文篇8

1.1饱和蒸汽流量计量中的“两相流”

当前，用户基本上都使用饱和蒸汽，通常用干度(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量饱和蒸汽的质量好坏。最好的是干饱和蒸汽，一般称为过热饱和蒸汽，其含水量可忽略不计；干度差的称湿饱和蒸汽，含水量最多可达30%，这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值，也就是干蒸汽的数值；同时，湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒，在管道中流动时其速度要比干蒸汽小，这样所测得的差压值就低了，反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差，并造成湿饱和蒸汽计量难度。

1.2蒸汽流量计量中的蒸汽密度补偿

计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量，单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中，随着蒸汽压力及温度不断变化，密度也随着变化，使质量流量也随着变化。如果计量仪表不能跟踪这种变化，势必造成计量误差。在蒸汽计量过程中，一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力及温度变化来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系，因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系，而不是正比关系。过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。现代蒸汽流量计都具有白动密度补偿。

1.3蒸汽流量计量中的高温高压问题

高温高压是蒸汽计量又一显著特点，它造成大多数流量计量仪表难以适应，因而可供蒸汽计量的仪表种类不多。例如大型热电厂输送的过热蒸汽，有的高达500℃以上，压力高达10MPa以上。使用蒸汽计量仪表首先要考虑耐高温、高压，而且要求有良好的稳定性、可靠性、密封性。一般都请厂家专门设计制造，并留有相当的余地，以确保安全可靠运行。

2影响蒸汽流量计量的主要问题

当前，在国内关于蒸汽测量方面存在不少误区，很多用户往往认为购买了高品质的流量计就可以得到准确的计量结果。蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质，在实际测量中影响其精确测量的因素较多，经常会出现流量计本身检定合格，而实际却感觉计量“不准”的现象。影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下六个方面。

(1)量程比不足。量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比时我们必须小心，因为量程比是基于实际的流速，蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。而不同的流量计允许的最低流速是不同的，一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s，对于量程比不足的情况，应采用大量程比的流量计（GilfloILVA流量计的最低允许流速为0.6m/s，最大量程比可达100：1）或选择多个流量计并联。

(2)上下游直管段不足。对于传统的涡街或孔板流量计，其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足，则会导致流体未充分发展，存在旋涡和流速分布剖面畸变。流速剖面畸变通常由管道局部阻碍（如阀门）或弯管所造成，而旋涡普遍是由两个或两个以上空间（立体）弯管所引起的。上下游直管段不足可以通过安装流动调整器来调整，最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计。

(3)蒸汽的密度补偿不正确。为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化，即蒸汽密度补偿。不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同。涡街流量计的信号输出只和流速有关，而和介质的密度、压力和温度无关，差压式流量计其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。①补偿精确度的差异。测温对补偿精确度影响较大。如采用相同精度等级的温度和压力感应器，测温误差引起的密度差异要大于测压误差。②压力测量影响因素。在蒸汽压力的测量中，由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽压力之间出现一定的差值。测压误差如果不予以校正，则会影响蒸汽密度的计算，引起流量计量的误差。对于上述现象，可在二次表（流量计算机内）进行零点迁移，既简单又准确。③温度测量影响因素。从流量计现场使用的情况来看，温度测量误差除了测温元件的固有误差之外，还同安装的不规范有关。

(4)蒸汽干度的影响。目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计，首先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度计算质量流量，也就是假定蒸汽为完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考虑蒸汽干度的影响，得出的数据会低于实际的流量。因此流量计的二次仪表（流量计算机）应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质，则能改进蒸汽流量计的测量精度。

(5)管道振动。涡街流量计等对机械振动比较敏感，计量结果易受干扰，应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。如管道振动不可避免，应采用抗干扰能力强的差压式流量计，如斯派莎克ILVA流量计。

(6)差压传送误差（差压式流量计）。一是零点漂移。差压变送器安装到现场投入时，往往发现零位输出出厂校验时的零位输出不一致。这种零位输出偏离称为静压误差。其调整方法是向正负压室通入相同的静压，将三阀组的高低压阀中一个打开，另一个关闭，将平衡阀打开，如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质，则可通过正负压室上的泄流阀排尽积气（或积液），然后再检查变送器的输出。二是引压管布置不合理。引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内，管内出现的杂质等较快地下沉到排污阀。引压管线应定期检查维护，确保无泄漏无堵塞。引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关，对于蒸汽系统，引压管的内径一般在10mm左右。为了避免正负压引压管内介质温度不一致，导致密度出现差异，引起传送失真，正负引压管应尽量靠近布置。当用于室外或严寒地区时，引压管中的液体可能会结冰，因此需要伴热保温，但应避免将伴热管直接绕在引压管上，导致介质部分汽化，出现虚假误差。

3提高蒸汽流量计量准确性的对策建议

3.1重视蒸汽流量计量仪表的正确选型

选择蒸汽流量计量仪表，应重点考虑两个因素。一是量程问题。蒸汽流量计量仪表计量不正常，主要是由于选型时量程不正确造成的。用汽旺季用汽量相当大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差过于悬殊，一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。必须明确流量测量范围，在此基础上选择符合相关运行参数的蒸汽计量仪表，使其能充分发挥作用。二是管道直径问题。在设计节流装置时，基本上都采用工艺提供的公称名义管径值，其实公称名义管径值与实际管径值还是有误差的，特别是卷管，公称名义管径值与实际值有时差值还较大，造成计量误差增大，测量的准确度就难以达到设计要求。国标规定：用来计算节流件直径比的管道直径D值应为上游取压口的上游0.5D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应是至少在垂直轴线的二个横截面内所测得内径的平均值，内径的数值(用于设计的管道内径)应达到±0.3%。设计前最好实测管径，以减少计算误差。

3.2正确安装蒸汽流量计量仪表

任何蒸汽计量仪表都必须安装正确，否则就不可能正常的工作。例如在锅炉出汽口附近安装蒸汽计量仪表，在截止阀或管道弯头附近及管道的最低处安装蒸汽计量仪表都属于不正确的安装。正确安装蒸汽流量计量仪表，要做到五点。①在所安装仪表前后必须留有足够长的直管段。②蒸汽计量仪表不能安装在整套管路最低处。③必须高度重视冷凝器的安装。两个冷凝器亦须处于同一水平上，两个冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝并使正、负导压管中冷凝液面有相等高度及保持长期稳定；为不使冷凝液面波动对测量产生误差，冷凝器的有效容积应大于所使用的差压变送器工作空间的最大容积变化的3倍，在水平方向的横截面积不得小于差压变送器的工作面积，系统确保密封良好，严禁泄漏；要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。④导压管长度最好在16m内，内径最好选用Φ10-16mm以防堵塞为好。导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。⑤装测温元件地方最好在节流件下游侧10D以外处，在管道或正压管上取压时，如压力变送器装在节流装置下方，必须对压力变送器的管路液柱值进行修正，以提高计量准确度。

3.3严格规范蒸汽流量计的操作

(1)仪表投运。蒸汽流量计投运操作时，首先关闭差压变送器的正、负阀，稍开一次阀，检查各阀门、导压管等有无泄露，如无泄露将一次阀全开。打开排污阀排污并让蒸汽排出后关闭排污阀，等一段时间让冷凝器及导压管内充满冷凝水后才能开始正常投运。步骤如下：①开启平衡阀；②缓慢开启负压阀门；③随即开启正压阀门；④稍停片刻后同时关闭正、负阀门；差压变送器调整静压误差在第④步后进行，同时必须待冷凝器内液面一致平衡时才可进行，否则将带来液柱静压误差；⑤再开启正、负阀门；⑥关闭平衡阀，仪表启动。注意在向差压变送器的正、负容室充灌液体时，应先旋开容器上的排气螺钉，使气体排出后再进行充灌。

(2)仪表的运行。在长期运行后，无论管道还是节流装置都会发生变化，如结垢、磨损、腐蚀等。节流件是依靠结构形状及尺寸保持信号的准确度，任何几何形状尺寸的变化都会给测量带来误差。而测量误差的变化并不能从信号中觉察到，因此对节流件定期检查是必须的。由于企业的连续生产性质，一般是与检修同步进行。如果几何尺寸变化不大仍可继续使用，但应根据实测数据对设计数据进行修正，以保证测量的准确。

(3)仪表的维护。由于仪表长期处在高温、高压的水蒸汽环境中，很容易造成表件损坏、锈蚀、杂质阻塞等，因此需要经常维护和定期检修。如LFIX分流旋翼式蒸汽流量计在长期运行中，石墨轴承被磨损引起转轴上跳；不注意防冻，使阻尼水结冰，冻坏表件等。孔板差压式蒸汽流量计特别要检查孔板开口的圆面是否锈蚀，有没有附着脏物，要定期清洗，对锈蚀严重的孔板要更换。涡街流量传感器在使用中要注意检查三角柱缝隙是否有杂物阻塞、检测元件是否失灵，等等。

变送器范文篇9

关键词：流量计量；蒸汽；准确性

1蒸汽流量计量的特点

1.1饱和蒸汽流量计量中的“两相流”

当前，用户基本上都使用饱和蒸汽，通常用干度(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量饱和蒸汽的质量好坏。最好的是干饱和蒸汽，一般称为过热饱和蒸汽，其含水量可忽略不计；干度差的称湿饱和蒸汽，含水量最多可达30%，这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值，也就是干蒸汽的数值；同时，湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒，在管道中流动时其速度要比干蒸汽小，这样所测得的差压值就低了，反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差，并造成湿饱和蒸汽计量难度。

1.2蒸汽流量计量中的蒸汽密度补偿

计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量，单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中，随着蒸汽压力及温度不断变化，密度也随着变化，使质量流量也随着变化。如果计量仪表不能跟踪这种变化，势必造成计量误差。在蒸汽计量过程中，一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力及温度变化来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系，因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系，而不是正比关系。过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。现代蒸汽流量计都具有白动密度补偿。

1.3蒸汽流量计量中的高温高压问题

高温高压是蒸汽计量又一显著特点，它造成大多数流量计量仪表难以适应，因而可供蒸汽计量的仪表种类不多。例如大型热电厂输送的过热蒸汽，有的高达500℃以上，压力高达10MPa以上。使用蒸汽计量仪表首先要考虑耐高温、高压，而且要求有良好的稳定性、可靠性、密封性。一般都请厂家专门设计制造，并留有相当的余地，以确保安全可靠运行。

2影响蒸汽流量计量的主要问题

当前，在国内关于蒸汽测量方面存在不少误区，很多用户往往认为购买了高品质的流量计就可以得到准确的计量结果。蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质，在实际测量中影响其精确测量的因素较多，经常会出现流量计本身检定合格，而实际却感觉计量“不准”的现象。影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下六个方面。

(1)量程比不足。量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比时我们必须小心，因为量程比是基于实际的流速，蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。而不同的流量计允许的最低流速是不同的，一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s，对于量程比不足的情况，应采用大量程比的流量计（GilfloILVA流量计的最低允许流速为0.6m/s，最大量程比可达100：1）或选择多个流量计并联。

(2)上下游直管段不足。对于传统的涡街或孔板流量计，其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足，则会导致流体未充分发展，存在旋涡和流速分布剖面畸变。流速剖面畸变通常由管道局部阻碍（如阀门）或弯管所造成，而旋涡普遍是由两个或两个以上空间（立体）弯管所引起的。上下游直管段不足可以通过安装流动调整器来调整，最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计。

(3)蒸汽的密度补偿不正确。为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化，即蒸汽密度补偿。不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同。涡街流量计的信号输出只和流速有关，而和介质的密度、压力和温度无关，差压式流量计其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。①补偿精确度的差异。测温对补偿精确度影响较大。如采用相同精度等级的温度和压力感应器，测温误差引起的密度差异要大于测压误差。②压力测量影响因素。在蒸汽压力的测量中，由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽压力之间出现一定的差值。测压误差如果不予以校正，则会影响蒸汽密度的计算，引起流量计量的误差。对于上述现象，可在二次表（流量计算机内）进行零点迁移，既简单又准确。③温度测量影响因素。从流量计现场使用的情况来看，温度测量误差除了测温元件的固有误差之外，还同安装的不规范有关。

(4)蒸汽干度的影响。目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计，首先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度计算质量流量，也就是假定蒸汽为完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考虑蒸汽干度的影响，得出的数据会低于实际的流量。因此流量计的二次仪表（流量计算机）应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质，则能改进蒸汽流量计的测量精度。

(5)管道振动。涡街流量计等对机械振动比较敏感，计量结果易受干扰，应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。如管道振动不可避免，应采用抗干扰能力强的差压式流量计，如斯派莎克ILVA流量计。

(6)差压传送误差（差压式流量计）。一是零点漂移。差压变送器安装到现场投入时，往往发现零位输出出厂校验时的零位输出不一致。这种零位输出偏离称为静压误差。其调整方法是向正负压室通入相同的静压，将三阀组的高低压阀中一个打开，另一个关闭，将平衡阀打开，如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质，则可通过正负压室上的泄流阀排尽积气（或积液），然后再检查变送器的输出。二是引压管布置不合理。引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内，管内出现的杂质等较快地下沉到排污阀。引压管线应定期检查维护，确保无泄漏无堵塞。引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关，对于蒸汽系统，引压管的内径一般在10mm左右。为了避免正负压引压管内介质温度不一致，导致密度出现差异，引起传送失真，正负引压管应尽量靠近布置。当用于室外或严寒地区时，引压管中的液体可能会结冰，因此需要伴热保温，但应避免将伴热管直接绕在引压管上，导致介质部分汽化，出现虚假误差。

3提高蒸汽流量计量准确性的对策建议

3.1重视蒸汽流量计量仪表的正确选型

选择蒸汽流量计量仪表，应重点考虑两个因素。一是量程问题。蒸汽流量计量仪表计量不正常，主要是由于选型时量程不正确造成的。用汽旺季用汽量相当大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差过于悬殊，一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。必须明确流量测量范围，在此基础上选择符合相关运行参数的蒸汽计量仪表，使其能充分发挥作用。二是管道直径问题。在设计节流装置时，基本上都采用工艺提供的公称名义管径值，其实公称名义管径值与实际管径值还是有误差的，特别是卷管，公称名义管径值与实际值有时差值还较大，造成计量误差增大，测量的准确度就难以达到设计要求。国标规定：用来计算节流件直径比的管道直径D值应为上游取压口的上游0.5D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应是至少在垂直轴线的二个横截面内所测得内径的平均值，内径的数值(用于设计的管道内径)应达到±0.3%。设计前最好实测管径，以减少计算误差。3.2正确安装蒸汽流量计量仪表

任何蒸汽计量仪表都必须安装正确，否则就不可能正常的工作。例如在锅炉出汽口附近安装蒸汽计量仪表，在截止阀或管道弯头附近及管道的最低处安装蒸汽计量仪表都属于不正确的安装。正确安装蒸汽流量计量仪表，要做到五点。①在所安装仪表前后必须留有足够长的直管段。②蒸汽计量仪表不能安装在整套管路最低处。③必须高度重视冷凝器的安装。两个冷凝器亦须处于同一水平上，两个冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝并使正、负导压管中冷凝液面有相等高度及保持长期稳定；为不使冷凝液面波动对测量产生误差，冷凝器的有效容积应大于所使用的差压变送器工作空间的最大容积变化的3倍，在水平方向的横截面积不得小于差压变送器的工作面积，系统确保密封良好，严禁泄漏；要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。④导压管长度最好在16m内，内径最好选用Φ10-16mm以防堵塞为好。导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。⑤装测温元件地方最好在节流件下游侧10D以外处，在管道或正压管上取压时，如压力变送器装在节流装置下方，必须对压力变送器的管路液柱值进行修正，以提高计量准确度。

3.3严格规范蒸汽流量计的操作

(1)仪表投运。蒸汽流量计投运操作时，首先关闭差压变送器的正、负阀，稍开一次阀，检查各阀门、导压管等有无泄露，如无泄露将一次阀全开。打开排污阀排污并让蒸汽排出后关闭排污阀，等一段时间让冷凝器及导压管内充满冷凝水后才能开始正常投运。步骤如下：①开启平衡阀；②缓慢开启负压阀门；③随即开启正压阀门；④稍停片刻后同时关闭正、负阀门；差压变送器调整静压误差在第④步后进行，同时必须待冷凝器内液面一致平衡时才可进行，否则将带来液柱静压误差；⑤再开启正、负阀门；⑥关闭平衡阀，仪表启动。注意在向差压变送器的正、负容室充灌液体时，应先旋开容器上的排气螺钉，使气体排出后再进行充灌。

变送器范文篇10

关键词：流量计量；蒸汽；准确性

1蒸汽流量计量的特点

1.1饱和蒸汽流量计量中的“两相流”

当前，用户基本上都使用饱和蒸汽，通常用干度(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量饱和蒸汽的质量好坏。最好的是干饱和蒸汽，一般称为过热饱和蒸汽，其含水量可忽略不计；干度差的称湿饱和蒸汽，含水量最多可达30%，这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值，也就是干蒸汽的数值；同时，湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒，在管道中流动时其速度要比干蒸汽小，这样所测得的差压值就低了，反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差，并造成湿饱和蒸汽计量难度。

1.2蒸汽流量计量中的蒸汽密度补偿

计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量，单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中，随着蒸汽压力及温度不断变化，密度也随着变化，使质量流量也随着变化。如果计量仪表不能跟踪这种变化，势必造成计量误差。在蒸汽计量过程中，一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力及温度变化来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系，因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系，而不是正比关系。过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。现代蒸汽流量计都具有白动密度补偿。

1.3蒸汽流量计量中的高温高压问题

高温高压是蒸汽计量又一显著特点，它造成大多数流量计量仪表难以适应，因而可供蒸汽计量的仪表种类不多。例如大型热电厂输送的过热蒸汽，有的高达500℃以上，压力高达10MPa以上。使用蒸汽计量仪表首先要考虑耐高温、高压，而且要求有良好的稳定性、可靠性、密封性。一般都请厂家专门设计制造，并留有相当的余地，以确保安全可靠运行。

2影响蒸汽流量计量的主要问题

当前，在国内关于蒸汽测量方面存在不少误区，很多用户往往认为购买了高品质的流量计就可以得到准确的计量结果。蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质，在实际测量中影响其精确测量的因素较多，经常会出现流量计本身检定合格，而实际却感觉计量“不准”的现象。影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下六个方面。

(1)量程比不足。量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比时我们必须小心，因为量程比是基于实际的流速，蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。而不同的流量计允许的最低流速是不同的，一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s，对于量程比不足的情况，应采用大量程比的流量计（GilfloILVA流量计的最低允许流速为0.6m/s，最大量程比可达100：1）或选择多个流量计并联。

(2)上下游直管段不足。对于传统的涡街或孔板流量计，其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足，则会导致流体未充分发展，存在旋涡和流速分布剖面畸变。流速剖面畸变通常由管道局部阻碍（如阀门）或弯管所造成，而旋涡普遍是由两个或两个以上空间（立体）弯管所引起的。上下游直管段不足可以通过安装流动调整器来调整，最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计。

(3)蒸汽的密度补偿不正确。为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化，即蒸汽密度补偿。不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同。涡街流量计的信号输出只和流速有关，而和介质的密度、压力和温度无关，差压式流量计其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。①补偿精确度的差异。测温对补偿精确度影响较大。如采用相同精度等级的温度和压力感应器，测温误差引起的密度差异要大于测压误差。②压力测量影响因素。在蒸汽压力的测量中，由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽压力之间出现一定的差值。测压误差如果不予以校正，则会影响蒸汽密度的计算，引起流量计量的误差。对于上述现象，可在二次表（流量计算机内）进行零点迁移，既简单又准确。③温度测量影响因素。从流量计现场使用的情况来看，温度测量误差除了测温元件的固有误差之外，还同安装的不规范有关。

(4)蒸汽干度的影响。目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计，首先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度计算质量流量，也就是假定蒸汽为完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考虑蒸汽干度的影响，得出的数据会低于实际的流量。因此流量计的二次仪表（流量计算机）应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质，则能改进蒸汽流量计的测量精度。

(5)管道振动。涡街流量计等对机械振动比较敏感，计量结果易受干扰，应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。如管道振动不可避免，应采用抗干扰能力强的差压式流量计，如斯派莎克ILVA流量计。

(6)差压传送误差（差压式流量计）。一是零点漂移。差压变送器安装到现场投入时，往往发现零位输出出厂校验时的零位输出不一致。这种零位输出偏离称为静压误差。其调整方法是向正负压室通入相同的静压，将三阀组的高低压阀中一个打开，另一个关闭，将平衡阀打开，如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质，则可通过正负压室上的泄流阀排尽积气（或积液），然后再检查变送器的输出。二是引压管布置不合理。引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内，管内出现的杂质等较快地下沉到排污阀。引压管线应定期检查维护，确保无泄漏无堵塞。引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关，对于蒸汽系统，引压管的内径一般在10mm左右。为了避免正负压引压管内介质温度不一致，导致密度出现差异，引起传送失真，正负引压管应尽量靠近布置。当用于室外或严寒地区时，引压管中的液体可能会结冰，因此需要伴热保温，但应避免将伴热管直接绕在引压管上，导致介质部分汽化，出现虚假误差。

3提高蒸汽流量计量准确性的对策建议

3.1重视蒸汽流量计量仪表的正确选型

选择蒸汽流量计量仪表，应重点考虑两个因素。一是量程问题。蒸汽流量计量仪表计量不正常，主要是由于选型时量程不正确造成的。用汽旺季用汽量相当大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差过于悬殊，一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。必须明确流量测量范围，在此基础上选择符合相关运行参数的蒸汽计量仪表，使其能充分发挥作用。二是管道直径问题。在设计节流装置时，基本上都采用工艺提供的公称名义管径值，其实公称名义管径值与实际管径值还是有误差的，特别是卷管，公称名义管径值与实际值有时差值还较大，造成计量误差增大，测量的准确度就难以达到设计要求。国标规定：用来计算节流件直径比的管道直径D值应为上游取压口的上游0.5D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应是至少在垂直轴线的二个横截面内所测得内径的平均值，内径的数值(用于设计的管道内径)应达到±0.3%。设计前最好实测管径，以减少计算误差。3.2正确安装蒸汽流量计量仪表

任何蒸汽计量仪表都必须安装正确，否则就不可能正常的工作。例如在锅炉出汽口附近安装蒸汽计量仪表，在截止阀或管道弯头附近及管道的最低处安装蒸汽计量仪表都属于不正确的安装。正确安装蒸汽流量计量仪表，要做到五点。①在所安装仪表前后必须留有足够长的直管段。②蒸汽计量仪表不能安装在整套管路最低处。③必须高度重视冷凝器的安装。两个冷凝器亦须处于同一水平上，两个冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝并使正、负导压管中冷凝液面有相等高度及保持长期稳定；为不使冷凝液面波动对测量产生误差，冷凝器的有效容积应大于所使用的差压变送器工作空间的最大容积变化的3倍，在水平方向的横截面积不得小于差压变送器的工作面积，系统确保密封良好，严禁泄漏；要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。④导压管长度最好在16m内，内径最好选用Φ10-16mm以防堵塞为好。导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。⑤装测温元件地方最好在节流件下游侧10D以外处，在管道或正压管上取压时，如压力变送器装在节流装置下方，必须对压力变送器的管路液柱值进行修正，以提高计量准确度。

3.3严格规范蒸汽流量计的操作

(1)仪表投运。蒸汽流量计投运操作时，首先关闭差压变送器的正、负阀，稍开一次阀，检查各阀门、导压管等有无泄露，如无泄露将一次阀全开。打开排污阀排污并让蒸汽排出后关闭排污阀，等一段时间让冷凝器及导压管内充满冷凝水后才能开始正常投运。步骤如下：①开启平衡阀；②缓慢开启负压阀门；③随即开启正压阀门；④稍停片刻后同时关闭正、负阀门；差压变送器调整静压误差在第④步后进行，同时必须待冷凝器内液面一致平衡时才可进行，否则将带来液柱静压误差；⑤再开启正、负阀门；⑥关闭平衡阀，仪表启动。注意在向差压变送器的正、负容室充灌液体时，应先旋开容器上的排气螺钉，使气体排出后再进行充灌。