智能式变送器的核心是微处理器。 微处理器能轻松实现对检测信号的线性化处理、量程调整、零点调整、数 据转换、仪表自检以及数据通信，同时还控制A/D和D/A转换器的运行， 实现模拟信号和数字信号的转换。 由于微处理器具有较强的数据处理功能，智能式送器可实现如下功能：

   使用单一传感器以实现常规的单参数测量；  使用复合传感器以实现多种传感器检验测试的信息融合；  一台变送器能够配接不同的传感器。

  • 传送测量结果信号或变送器本身的各种参数， 号和数字信号，这种类型的信号称为FSK信号。 由图可知，智能式变送器主要 • 网络中其他各种智能化的现场控制设备或上位计算机也可对变送器进行远 包括传感器组件、A/D转换器、 程调整和参数设定。 微处理器、存储器和通信电路等 部分； 采用HART协议通信方式的智 能式变送器还包括D/A转换器。 传感器组件通常由传感器和信 号调理电路组成，信号调理电路 用于对传感器的输出信号进行处 理，并转换成A/D转换器所能接 图 智能式变送器的构成框图 受的信号。 第三章 变送器

  Ki——测量部分的转换系数； K——放大器的放大系数； Kf ——反馈部分的反馈系数。

  当下限为零或确定不变时，上限调整就是量程调 整。 上限调整：使变送器输出信号的上限值ymax与测 量范围的上限值xmax相对应。

  3、零点调整和零点迁移（下限调整） 零点调整和零点迁移：使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限  零点迁移特点： 值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移。  零点迁移使变送器的输入输出特性沿x • 零点调整使变送器的测量起始点为零； 坐标向右或向左平移了一段距离，其 斜率不改变，即变送器的量程不变。 • 零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值(正值或负值)。  进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提 正迁移：当测量的起始点由零变为某一正值； 高仪表的测量精度。 负迁移：当测量的起始点由零变为某一负值。  零点调整的调整量通常比较小；

  输入差压p作用于测量部分的扩散硅压阻传感器压阻效应使硅材料上的扩散电阻应变电阻阻值发生变化从而使这些电阻组成的电桥产生不平衡电压u由前置放大器放大为uo1的代数和送人电压电流转换器转换为整机的输出信号i第三章变送器29一测量原理一测量原理测量部分由扩散硅压阻传感器和传感器供电电路组成其作用是把被测差压p成比例地转换为不平衡电压u扩散硅压阻传感器通常是在硅膜片上用扩散硅压阻传感器通常是在硅膜片上用离子注入离子注入和和激光修正激光修正方法形成方法形成44个阻值相等的扩散电阻应用中将其接成惠斯顿电桥形式如图值相等的扩散电阻应用中将其接成惠斯顿电桥形式如图b所示

  变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态 量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进 变送器的发展 行下一步的调整控制作用。 模拟变送器的发展 智能式变送器：  在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获 利用单元组合仪表能方便灵活地组成各种难易程度的过程控制管理系统， 得精确和可靠的被控参数，才能做准确的数据处理，进而才可以获得高 随着半导体技术，微电子技术的发展，变送器制造技 因此，它在过程控制管理系统中应用极为广泛。 质量的控制效果。 术不断升级换代，尤其是智能传感器的普及加速了智 单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。  按照被测参数分类，变送器主要有压力变送器、温度变送器、液位变送 能变送器的进程。 • 气动单元组合(QDZ型)仪表主要使用在于特殊场合(例如要求本质安 器和流量变送器等。 全防爆场合)，其普及范围远比电动单元组合(DDZ型)仪表要小， 从传统观点看，传感器与变送器是两种不同功能的模 表 DDZ II型与DDZIII型仪表性能比较 已几乎被DDZ III型仪表所替代。 块： • DDZ系列仪表又分为DDZ传感器是借助于敏感元件，接受物理量形式的信 • II型和DDZ-III型，  DDZ-II型由于其性能远比DDZ-III型差得多，现已停止生产； 息，并按一定规律将其转换成同种或另一种物理  DDZ-III型性能优越，又能用于易燃易爆场所，应用相当广泛。 量形式信息的仪表。 • 变送器为输出标准信号的传感器。 近年来，采用微机械加工技术(MEMS)和微电子技术， 从传统的结构设计转向微机械加工工艺结构设计，使 敏感元件与信号调理电路一体化，传感与变送功能合 一，并出现了多参数变送器，这是今后智能变送器的 又一发展趋势。

  通常，智能式变送器还配置有手持终端(外部数据设定器或组态器)，用于 对变送器参数进行设定，如设定变送器的型号、量程调整、零点调整、输 入信号选择、输出信号选择、工程单位选择和阻尼时间常数设定以及自诊 断等。

  因此，根据仪表的测量范围可知其上下限及量程。但是，反过来，若给出仪 表的量程，则不能确定其上下限及测量范围。 仪表测量范围的另一种表示方法是给出仪表的零点，即测量下限及仪表的量 程。只要仪表的零点和量程确定了，其测量范围也就确定了，因而用仪表的 一个零点和量程表示仪表的测量范围是一种更为常用的表示方式。

  非线性补偿：变送器在使用时，希望其输出信号与被测参数之间成线性关 系，但传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系，为 使变送器的输出信号y与被测参数x之间呈线性关系，一定要进行非线性补偿。 非线性补偿的方法：  对于模拟式变送器，非线性补偿方法通常有两种 ①反馈非线性补偿； ②测量非线性补偿。  对于智能式变送器，预先将传感器的特性储存在变送器的EPROM  反馈非线性补偿原理如图 (a)所 测量非线性补偿原理如图 (b)所 中，通过软件实现非线性补偿。 示。 示。  反馈部分与传感器组件具有相同 测量部分与传感器组件具有相反 的非线性特性； 的非线性特性，刚好补偿了传感  负反馈放大器的特性是反馈部分 器组件的非线性， 特性的倒特性； 因此输入放大器的信号特性是线 因此负反馈放大器的特性刚好与 性的，只要负反馈放大器的特性 传感器组件的非线性关系相反， 是线性的，则变送器输出信号y 使得变送器输出信号y与输入信 与输入信号x之间呈线性关系。 号x呈线性关系。 图 非线性补偿原理

  1、量程调整与上限调整 变送器在使用之前，须进行量程调整和零点调整。 1、测量范围与上限调整 测量范围是－200～＋800℃，试求上下限及量程。 解：下限＝－200℃，上限＝＋800℃ 量程＝︳上限－下限 ︳＝800-(-200)＝1000℃测量范围：仪表按规定的 精度做测量的被测量的范围；或者说：在允许误差范围内，仪表能给 出的被测量的集合。 上限与下限：测量范围的最高值与最低值分别称为仪表的测量上限与下限。 量程：上限与下限代数差的绝对值为仪表量程。 例：某温度变送器的

  一、模拟变送器构成原理 测量部分:包含检测元件，用于检测被测参数x，并将其转换成放大 器可接受的信号zi。  模拟式变送器完全由模拟元器件构成，它将输入的各种被测参数转换 zi可以是电压、电流、位移和作用力等信号，由变送器类型决定； 成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。  从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分、放大器和反馈部分三部 反馈部分：把变送器的输出信号y转换成反馈信号zf； 分组成，如左图所示。 放大器: 输入端zi与调零及零点迁移信号z0的代数和同zf作比较，  在放大器的输入端还加有调零与零点迁移信号z0，z0由零点调整(简称 其差值由放大器进行放大，并转换成统一标准信号y输出。 调零)和零点迁移(简称零迁)环节产生。

   零点迁移的调整量比较大，可达量程 的一倍或数倍。 各种变送器对其零点迁移的范围都有明确 规定。 零点调整和零点迁移的方法  模拟式变送器通过改变放大器输入端 上的调零信号z0的大小实现；  智能式变送器通过组态来完成的 。

  第一项对应于特性直线部分； 第二项(调零项)影响特性直线的起点ymin的数值。 对于输出信号范围为4~20mA DC的变送器，ymin的数值由调零项和放大器内电子 器件的工作电流共同决定。 当满足KKf1的条件时，可得 K Z y  i x 0 Kf Kf

  注意： 因此，满足KKf1条件时，变送器的输出与输入关系仅取决于测量部分特性 在小型电子模拟变送器中，反馈部分往往仅由几个电阻和电位器构成， 和反馈部分特性，而与放大器特性几乎无关。 常把反馈部分和放大器合在一起作为一个负反馈放大部分看待；也可将 如果测量部分的转换系数Ki和反馈部分的反馈系数Kf是常数，则变送器的输 反馈部分和放大器合做在一块芯片内，变送器可看成由测量部分和负反 出与输入具有线性关系。 馈放大器两部分所组成。 该公式体现了变送器输出与输入之间的静态关系 。 另外，调零和零点迁移环节也常常合并在放大器中。

  变送器的理想输入输出特性如左图所示。 xmax和xmin分别为变送器测量范围的 上限值和下限值，即被测参数的上限值和下限值，图中xmin=0。 ymax和ymin分别为变送器出信号的上限值和下限值，对于模拟式变送器，ymax 和ymin即为统一标准信号的上限值和下限值；对于智能式变送器ymax和ymin即为 输出的数字信号范围的上限值和下限值。

  智能式变送器由以微处理器(CPU)为核心构成的硬件电路和由系 采用HART协议通信方式的智能式变送器，微处理器将数据处理之 进行数据处理。 统程序、功能模块构成的软件两大部分所组成。 后，再传送给D/A转换器转换为4~20mADC信号输出，如图 (b)所示。

  存储器中除存放系统程序、功能模块和数据外，还存有传感器特性、 D/A转换器还将通信电路送来的数字信号叠加在4~20mA直流信号上 1、智能变送器硬件构成 变送器的输入输出特性及变送器的识别数据，以用于变送器在信号 输出。 转换时的各种补偿，以及零点调整和量程调整。 通常，智能式变送器的构成框图如图 (a)所示； 通信电路对4~20mA直流电流回路进行监测，将其中叠加的数字信 智能式变送器通过通信电路挂接在控制管理系统网络通信电缆上，与网络 采用HART协议通信方式的智能式变送器的构成框图，如图 (b)所示。 号转换成二进制数字信号后，再传送给微处理器。 中其他各种智能化的现场控制设备或上位计算机进行通信， 所谓HART协议通信方式，是指在一条电缆中同时传输4~20mADC电流信

  量程调整的特点：改变特性线的斜率。 量程调整的含义：使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。 量程调整的实质：相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器 输出信号y与输入信号x之间的比例系数。 实现量程调整的方法： • 对于模拟式变送器，通常是改变反馈部分的反馈系数Kf，Kf越大，量程越大； 反之Kf越小，量程越小。有些模拟式变送器还能够最终靠改变测量部分Ki来调整 量程。 • 对于数字式变送器，量程调整一般是通过组态实现的。

  功能，如模拟信号和数字信号的转换、数据通信、变送器自检等； 功能模块提供了各种功能，供用户组态时调用以实现用户所要求的功能。

  智能式变送器提供的功能模块主要有: · 资源模块 包含与资源相关的硬件数据，控制其他功能模块的工作状态； · 变量转换 输入/输出量转换成相应的工程量； · 模拟输入 选择传感器、滤波、平方根、小信号切除及去掉尾数等功能； · 量程自动切换 自动切换量程，以提高测量精度； · 非线性校正 校正传感器的非线性误差； · 温度误差校正 消除变送器由环境和温度或工作介质气温变化而引起误差； · 阻尼时间设定； · 显示转换 切换组态液晶显示上的过程变量； · PID控制功能 包含多种控制功能，如PID算法、设定值及变化率范围调整、 测量值滤波及报警、前馈、输出跟踪等； · 运算功能用户都能够通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上的手持 提供预设公式，进行各种计算； · 报警 具有动态或静态报警限位、优先级选择、暂时性报警限位、扩展阶 式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块； 跃设定点和报警限位或报警检查延迟等功能。 也能够正常的使用专用的编程工具对变送器进行本地调整。