第七章 变送器

1、第二篇第二篇 变送器变送器第七章变送器第七章变送器 第一节第一节 概述概述 变送器是火电厂重要的基础自动化仪表。尤其变送器是火电厂重要的基础自动化仪表。尤其是压力、差压变送器是自动化仪表中最重要的是压力、差压变送器是自动化仪表中最重要的一类，应用范围很广，除了可用于压力、差压一类，应用范围很广，除了可用于压力、差压测量之外，还可用于流量、液位、比重等其他测量之外，还可用于流量、液位、比重等其他参数的测量。参数的测量。 变送器的销售量非常大，仅美国罗斯蒙特公司变送器的销售量非常大，仅美国罗斯蒙特公司1151型和型和3051型一年的销售量就达到了型一年的销售量就达到了43万万台，现在总销售量已经超

2、过台，现在总销售量已经超过800万台。万台。 我国是变送器使用最多的国家之一，在国内火我国是变送器使用最多的国家之一，在国内火电厂中电厂中,以以420mA为标准统一传输信号的模为标准统一传输信号的模拟二线制变送器的用量正在逐年减少，而智能拟二线制变送器的用量正在逐年减少，而智能变送器和现场总线变送器用量正在逐年增多。变送器和现场总线变送器用量正在逐年增多。 一、变送器的分类一、变送器的分类 变送器的分类方法很多：变送器的分类方法很多： 按工作能源分，有气动变送器、液动变送器、电按工作能源分，有气动变送器、液动变送器、电动变送器；动变送器； 按被测参数分，有差压变送器、压力变送器、流按被测参数分

3、，有差压变送器、压力变送器、流量变送器、温度变送器、液位变送器；量变送器、温度变送器、液位变送器； 按通信协议分，有按通信协议分，有HART变送器、变送器、DE变送器、变送器、FF变送器和变送器和PROFIBUS变送器；变送器； 按工作原理分，有力平衡式变送器、振弦式变送按工作原理分，有力平衡式变送器、振弦式变送器、电容式变送器、电感式变送器、压阻式（扩器、电容式变送器、电感式变送器、压阻式（扩散硅式）变送器、硅谐振式变送器和压电式变送散硅式）变送器、硅谐振式变送器和压电式变送器；器； 按信号类型分，有模拟变送器和数字变送器；按信号类型分，有模拟变送器和数字变送器； 按有无微处理器分，有常规变

4、送器和智能变送器。按有无微处理器分，有常规变送器和智能变送器。 有不少检测仪表虽然习惯上不叫变送器，其检测有不少检测仪表虽然习惯上不叫变送器，其检测部件和转换部件也不制作在一起，但就其功能来部件和转换部件也不制作在一起，但就其功能来说，它们也是将被测参数转换成统一的标准信号，说，它们也是将被测参数转换成统一的标准信号，也具有变送功能。例如氧化锆氧量分析仪、电磁也具有变送功能。例如氧化锆氧量分析仪、电磁流量计、超声波流量计、漩涡流量计等等。流量计、超声波流量计、漩涡流量计等等。 因此，可以这样说，随着电子技术、计算机技术因此，可以这样说，随着电子技术、计算机技术以及微机械加工技术的进展，现在只用

5、于就地自以及微机械加工技术的进展，现在只用于就地自动检测、自动分析的仪表已经很少了，它们大多动检测、自动分析的仪表已经很少了，它们大多有变送功能，即有统一的标准信号输出，以便和有变送功能，即有统一的标准信号输出，以便和分散控制系统分散控制系统DCS、可编程控制器、可编程控制器PLC、现场总、现场总线控制系统线控制系统FCS和工业控制计算机和工业控制计算机IPC相连。相连。 智能变送器有两种：智能变送器有两种： 一种是真正的智能变送器，即现场总线型的一种是真正的智能变送器，即现场总线型的全数字式智能变送器；全数字式智能变送器； 另一种是混合式智能变送器，它既有数字信另一种是混合式智能变送器，它既

6、有数字信号，又有模拟信号。号，又有模拟信号。 目前市场上出现的和我国各工厂内使用的主目前市场上出现的和我国各工厂内使用的主要是混合式智能变送器。为了和习惯上的称要是混合式智能变送器。为了和习惯上的称呼统一，对混合式智能变送器，我们就直接呼统一，对混合式智能变送器，我们就直接称它为智能变送器，或称为称它为智能变送器，或称为HART变送器；变送器； 而对真正的智能变送器，则称为全数字式智而对真正的智能变送器，则称为全数字式智能变送器或现场总线变送器。能变送器或现场总线变送器。 本篇介绍的变送器，主要是以压力传感元件为检本篇介绍的变送器，主要是以压力传感元件为检测部件的变送器，包括差压、流量、压力、

7、绝压、测部件的变送器，包括差压、流量、压力、绝压、液位变送器等，它们占了整个测量仪表中的绝大液位变送器等，它们占了整个测量仪表中的绝大部分。部分。 在这几种变送器中，差压变送器是基型，压力变在这几种变送器中，差压变送器是基型，压力变送器在结构上，和以往差压变送器有很大不同，送器在结构上，和以往差压变送器有很大不同，但现在都是在差压变送器的结构上派生出来的。但现在都是在差压变送器的结构上派生出来的。 长期以来，差压变送器一直是世界各仪表厂商开长期以来，差压变送器一直是世界各仪表厂商开发研究、设计制造的主流产品，它也是变送器中发研究、设计制造的主流产品，它也是变送器中用途最广，销量最多，最有代表性

8、的一种仪表。用途最广，销量最多，最有代表性的一种仪表。因此，分析介绍差压变送器是本篇的重点。因此，分析介绍差压变送器是本篇的重点。 压力、差压变送器的品种繁杂，生产的公司很多，压力、差压变送器的品种繁杂，生产的公司很多，采用的信号标准也各异，如表采用的信号标准也各异，如表7-1所示。所示。 在火电厂中，由于热电偶、热电阻能与在火电厂中，由于热电偶、热电阻能与DCS的热电偶、的热电偶、热电阻输入模件直接相连，所以温度变送器用量较少。热电阻输入模件直接相连，所以温度变送器用量较少。但是，随着但是，随着FCS的进一步应用。现场总线温度变送器的进一步应用。现场总线温度变送器的产品开始增多。表的产品开始

9、增多。表7-2为近年来各仪表公司开发的为近年来各仪表公司开发的现场总线温度变送器的产品。现场总线温度变送器的产品。 仪表产品的更新换代越来越迅速，以致使许多热工自仪表产品的更新换代越来越迅速，以致使许多热工自动化人员深感跟不上形势发展的需要。以往新技术的动化人员深感跟不上形势发展的需要。以往新技术的发展，往往要经过几十年的时间，而如今，这种发展发展，往往要经过几十年的时间，而如今，这种发展只需几年，甚至更短时间。因此，本章在撰写各种变只需几年，甚至更短时间。因此，本章在撰写各种变送器的结构原理、组态校验和安装维修等内容时，注送器的结构原理、组态校验和安装维修等内容时，注重基本知识的叙述和分析，

10、这样，即使具体的变送器重基本知识的叙述和分析，这样，即使具体的变送器变更了，但这些基本知识还是有用的。变更了，但这些基本知识还是有用的。 二、变送器的发展历史二、变送器的发展历史 最早的差压计是最早的差压计是U形管水银差压计，这种仪表不能称形管水银差压计，这种仪表不能称为变送器，因为它不是单元式的，没有统一的标准输为变送器，因为它不是单元式的，没有统一的标准输出信号，仪表的测量部分、转换部分、指示记录部分出信号，仪表的测量部分、转换部分、指示记录部分全部制作在一起，所以是基地式仪表。仪表内的水银全部制作在一起，所以是基地式仪表。仪表内的水银是有毒物质，对人体有害，而且这种仪表的量程不能是有毒物

11、质，对人体有害，而且这种仪表的量程不能改变，不耐单向过压，精度为改变，不耐单向过压，精度为(1.52.5)。 双波纹管差压计的使用，在国外双波纹管差压计的使用，在国外40年代就年代就已经开始了，例如美国波顿公司的双波纹已经开始了，例如美国波顿公司的双波纹管差压计，但在我国，则晚于管差压计，但在我国，则晚于U形管水银差形管水银差压计。它也是基地式的，测量、指示、记压计。它也是基地式的，测量、指示、记录制作在一起。它没有工作能源，因此无录制作在一起。它没有工作能源，因此无法变送，不能和调节器相连，所以通常仅法变送，不能和调节器相连，所以通常仅作为测量仪表使用。因为不需能源，所以作为测量仪表使用。因

12、为不需能源，所以双波纹管差压计可以应用在压缩空气和电双波纹管差压计可以应用在压缩空气和电源到不了的地方。在火电厂源到不了的地方。在火电厂200MW机组的机组的设计中，曾经用双波纹管差压计测量汽包设计中，曾经用双波纹管差压计测量汽包水位，作为仪表盘掉电时的备用仪表。水位，作为仪表盘掉电时的备用仪表。 20世纪世纪60年代至年代至70年代末期，我们通常使年代末期，我们通常使用的是国产力平衡式用的是国产力平衡式DDZ-型、型、DDZ-型型变送器，精确度很低，性能也不稳定，故变送器，精确度很低，性能也不稳定，故障率较高。障率较高。 20世纪世纪80年代初期，西安仪表厂与美国罗年代初期，西安仪表厂与美国

13、罗斯蒙特公司合作，在西安仪表生产斯蒙特公司合作，在西安仪表生产1151系系列变送器，从而开创了国外高性能变送器列变送器，从而开创了国外高性能变送器快速进入中国市场的先例。随后日本富士快速进入中国市场的先例。随后日本富士公司公司FC系列变送器、日本日立公司系列变送器、日本日立公司EDR/EPR系列变送器也在我国上海自动化系列变送器也在我国上海自动化仪表一厂、兰炼仪表厂、大连仪表厂引进仪表一厂、兰炼仪表厂、大连仪表厂引进生产。生产。 20世纪世纪90年代初期，四川仪表总厂与横河公年代初期，四川仪表总厂与横河公司合资生产司合资生产EJA系列变送器；系列变送器；ABB公司与中公司与中国威尔泰公司合作，

14、生产国威尔泰公司合作，生产MV2000T智能变送智能变送器；日本富士与浙大中控仪表公司合作生产器；日本富士与浙大中控仪表公司合作生产CXT变送器；西门子、德国变送器；西门子、德国E+H、ABB等公等公司也都在中国建立了变送器生产线。由此可司也都在中国建立了变送器生产线。由此可见，国外仪器仪表公司在中国变送器市场上见，国外仪器仪表公司在中国变送器市场上的竞争将越来越激烈。的竞争将越来越激烈。 按十年为一代，可以将变送器分为模拟、智按十年为一代，可以将变送器分为模拟、智能和现场总线三代产品。能和现场总线三代产品。 第一代（模拟）变送器第一代（模拟）变送器 我们早期使用的是国产力平衡式我们早期使用的

15、是国产力平衡式DDZ-、DDZ-型变送器，精确度只能达到型变送器，精确度只能达到0.5%、1.0%。 80年代初期，西安仪表厂引进罗斯蒙特公司的年代初期，西安仪表厂引进罗斯蒙特公司的1151系列变送器，除了微差压变送器的精确度系列变送器，除了微差压变送器的精确度是是0.5%以外，其余的大都是以外，其余的大都是0.25%，这是第一代，这是第一代国外变送器。其特点是采用国外变送器。其特点是采用420mA信号传输信号传输的模拟仪表，就地显示表头为指针式，量程比在的模拟仪表，就地显示表头为指针式，量程比在6：1左右，精确度为左右，精确度为0.250.5%，稳定性，稳定性6个月。个月。前面提到的日本富士

16、前面提到的日本富士FC系列变送器、日本日立系列变送器、日本日立EDR/EPR系列变送器都是这一时代的产品。系列变送器都是这一时代的产品。 第二代（智能）变送器第二代（智能）变送器 1983年，美国年，美国Honeywell公司首先推出智能变送器公司首先推出智能变送器ST3000，其特点是：传感元件采用微机械电子加工技，其特点是：传感元件采用微机械电子加工技术，安装有测温补偿元件及大规模集成电路组成的电术，安装有测温补偿元件及大规模集成电路组成的电路板；提高了变送器的检测精度和量程比；路板；提高了变送器的检测精度和量程比； 遵循遵循DE通通信协议，既传输模拟信号，也传输数字信号；变送器信协议，既

17、传输模拟信号，也传输数字信号；变送器就地显示表由模拟指针式改进为数字式；可用手操器就地显示表由模拟指针式改进为数字式；可用手操器或在控制系统远程组态，实现远方设定或远方修改变或在控制系统远程组态，实现远方设定或远方修改变送器组态数据。送器组态数据。 稍后，罗斯蒙特公司推出了稍后，罗斯蒙特公司推出了1151智能变送器，经过了智能变送器，经过了几次改进，量程比分别达到几次改进，量程比分别达到15:1、40:1、50:1，精确，精确度分别达到度分别达到0.1%、0.075%，稳定性由，稳定性由6个月提高到个月提高到2年，年，且部分产品带且部分产品带HART协议，已实现模拟仪表向智能化的协议，已实现模

18、拟仪表向智能化的过渡。过渡。 日本横河公司日本横河公司EJA变送器进入中国后，除了变送器进入中国后，除了0.075%精确度、大量程比、高稳定性外，还精确度、大量程比、高稳定性外，还有单向过压可达到有单向过压可达到14MPa。 除上述变送器外，与此相当的产品有除上述变送器外，与此相当的产品有: 罗斯蒙特的罗斯蒙特的3051C变送器；变送器； 恩德斯恩德斯+豪斯的豪斯的Cerabar S变送器；变送器； 福克斯波罗的福克斯波罗的I/A变送器；变送器； 富士的富士的FCX变送器；变送器； 摩尔的摩尔的XTC变送器；变送器； 斯玛的斯玛的LD301变送器；变送器； 西门子的西门子的SITRANS P变

19、送器；变送器； ABB的的 MV2000T变送器。变送器。 第二代变送器量程比可达到第二代变送器量程比可达到100:1（Honeywell公司公司有的产品甚至达到有的产品甚至达到400:1、555:1），精确度为），精确度为0.1%0.05%，稳定性，稳定性15年。第二代变送器稍早期年。第二代变送器稍早期的产品中带的产品中带HART协议或本公司内部协议（如协议或本公司内部协议（如Honeywell的的DE协议、横河的协议、横河的BRAIN协议、协议、Foxboro的的FoxCon协议、协议、ABB的的Bailey FSK协议协议等），后期的产品普遍带有等），后期的产品普遍带有HART协议。协议

20、。 第三代（现场总线）变送器第三代（现场总线）变送器 进入进入21世纪，带有符合现场总线国际标准世纪，带有符合现场总线国际标准FF和和PROFIBUS-PA协议的第三代变送器不断推出，其代协议的第三代变送器不断推出，其代表性的产品有：罗斯蒙特表性的产品有：罗斯蒙特3051S变送器；横河变送器；横河EJX变变送器；霍尼韦尔送器；霍尼韦尔ST3000/100变送器；变送器；ABB2600T系系列变送器；西门子列变送器；西门子SITRANS P DSIII变送器；斯玛变送器；斯玛LD302、TT302变送器等。第三代变送器优势如下：变送器等。第三代变送器优势如下： 先进的检测技术先进的检测技术 据罗

21、斯蒙特公司介绍，据罗斯蒙特公司介绍，3051S变送器在电容变送器在电容式测量原理的基础上，采用超级模块设计及式测量原理的基础上，采用超级模块设计及先进的双传感器检测技术，扩大了自诊断能先进的双传感器检测技术，扩大了自诊断能力，使变送器零漂降低力，使变送器零漂降低30%，过压性能提高，过压性能提高10倍；改进了传感膜头制造工艺，提高了膜倍；改进了传感膜头制造工艺，提高了膜头精度和静压性能；改进充油工艺过程，优头精度和静压性能；改进充油工艺过程，优化了产品性能；采用新的专用集成电路化了产品性能；采用新的专用集成电路ASIC技术，使变送器线性更好，精确度更高；超技术，使变送器线性更好，精确度更高；超

22、级模块与单一电路板置于全焊接真空密封的级模块与单一电路板置于全焊接真空密封的不锈钢壳体内，因而消除了湿气、粉尘及其不锈钢壳体内，因而消除了湿气、粉尘及其他现场恶劣环境对变送器测量的影响。他现场恶劣环境对变送器测量的影响。 ABB公司公司2600T变送器是综合了变送器是综合了ABB公司公司2000T和和600T优点开发的新型变送器，他采用优点开发的新型变送器，他采用了多传感器的结构，传感器的类型有电感式、了多传感器的结构，传感器的类型有电感式、压电式、电容式，可根据量程和应用来选择最压电式、电容式，可根据量程和应用来选择最合适的传感器。合适的传感器。 精确度提高精确度提高第三代变送器的精确度均优

23、于第三代变送器的精确度均优于0.05%，如，如ABB的的2600T265系列变送器为系列变送器为0.04%，Honeywell的的ST3000/100变送器为变送器为0.0375%，罗斯蒙特的，罗斯蒙特的3051S变送器、横河的变送器、横河的EJX变送器为变送器为0.025%。当然，这是指结构较为简单的压力、差压变送当然，这是指结构较为简单的压力、差压变送器的常规量程（通常不包括远传压力、差压变器的常规量程（通常不包括远传压力、差压变送器、绝对压力变送器及压力、差压变送器的送器、绝对压力变送器及压力、差压变送器的微压、超高压量程）。微压、超高压量程）。 量程比扩大、量程分档更细量程比扩大、量程

24、分档更细部分产品的量程比扩大了，例如：部分产品的量程比扩大了，例如： 横河的横河的EJA差压变送器差压变送器L、M、H量程分别为量程分别为0.510 kPa、1100 kPa、5500 kPa；量程比分别为；量程比分别为20:1、100:1、100:1； 而而EJX 变送器变送器 L、M、H量程分别为量程分别为0.110 kPa、0.5100 kPa、2.5500 kPa；量程比分别为；量程比分别为100:1、200:1、200:1。量程分档更细了，。量程分档更细了， 横河横河EJA430A压力变送器量程仅有两档：压力变送器量程仅有两档：0.033 MPa、0.1414 MPa， 而而EJX4

25、30A压力变送器量程增加到三档：压力变送器量程增加到三档：0.00250.5MPa、0.01753.5 MPa、0.0816MPa，不仅量，不仅量程比由程比由EJA的的100:1提高到提高到200:1，延伸了测量范围，延伸了测量范围，而且可使用户选型时将使用量程定到更接近在最大量而且可使用户选型时将使用量程定到更接近在最大量程的地方，从而提高变送器的使用精确度。程的地方，从而提高变送器的使用精确度。 稳定性和可靠性更高稳定性和可靠性更高 稳定性达到稳定性达到5年以上，如：年以上，如： ABB的的2600T变送器、变送器、Honeywell的的ST3000/100变送器为变送器为5年；年； 横河

26、的横河的EJX变送器、罗斯蒙特的变送器、罗斯蒙特的3051S变送变送器为器为10年；年； Honeywell的的ST3000/100变送器的变送器的MTBF（平均无故障时间）达到（平均无故障时间）达到470年；年； 而横河的而横河的EJX变送器的变送器的MTBF由由EJA变送器变送器的的457年提高到年提高到1200年，安全失效系数由年，安全失效系数由EJA变送器的变送器的88.7%提高到提高到93.2%。 安全性安全性 由于生产过程安全越来越受到人们重视，随着由于生产过程安全越来越受到人们重视，随着针对制造商的安全标准针对制造商的安全标准IEC61508的更新和针对的更新和针对过程工业的安全

27、标准过程工业的安全标准61511的发布，越来越多的发布，越来越多的用户开始对执行严格的危害风险评估和应用的用户开始对执行严格的危害风险评估和应用经认证的安全仪表系统（经认证的安全仪表系统（SIS）感兴趣。第二代）感兴趣。第二代变送器早期产品通常除了防爆安全之外未提及变送器早期产品通常除了防爆安全之外未提及安全认证，第三代变送器就重点提到安全性。安全认证，第三代变送器就重点提到安全性。ABB的的2600T变送器、横河的变送器、横河的EJX变送器、罗变送器、罗斯蒙特的斯蒙特的3051S变送器是按变送器是按IEC61508进行安全进行安全认证，它们是符合认证，它们是符合IEC-61511标准的产品，

28、可标准的产品，可满足一些特殊领域的需求，这些变送器的冗余满足一些特殊领域的需求，这些变送器的冗余及自诊断功能，能保证在工艺条件超过临界值及自诊断功能，能保证在工艺条件超过临界值时的安全停机。时的安全停机。 快速响应快速响应 变送器的响应时间由普通变送器的变送器的响应时间由普通变送器的750ms以上减少到罗以上减少到罗斯蒙特斯蒙特3051S变送器的变送器的100ms和横河的和横河的EJX变送器的变送器的95ms，这种动态快速响应能力特别适用于紧急停车等，这种动态快速响应能力特别适用于紧急停车等安全要求极严格的场合。安全要求极严格的场合。 通信协议更全通信协议更全 智能变送器的原设计意图是能和分散

29、控制系统智能变送器的原设计意图是能和分散控制系统DCS进行进行通信，但在开发的时候，世界上尚未形成统一的现场通通信，但在开发的时候，世界上尚未形成统一的现场通信标准，因而各厂家的智能变送器大多按各自的通信标信标准，因而各厂家的智能变送器大多按各自的通信标准开发，相互无操作性，无可换性，产品多数和模拟变准开发，相互无操作性，无可换性，产品多数和模拟变送器的用法相似。近几年来，采用送器的用法相似。近几年来，采用HART协议的智能变协议的智能变送器在竞争中逐渐胜出，许多仪表公司推出的智能变送送器在竞争中逐渐胜出，许多仪表公司推出的智能变送器都开始遵循器都开始遵循HART协议，因此智能变送器也称为协议

30、，因此智能变送器也称为HART变送器。变送器。 由于现场总线国际标准已经公布，更多的厂家由于现场总线国际标准已经公布，更多的厂家生产带生产带FF或或PROFIBUS-PA协议的产品，更多协议的产品，更多的用户选用带的用户选用带FF或或PROFIBUS-PA协议的产品。协议的产品。 原来通信协议较全的原来通信协议较全的ABB公司，公司，2600T变送器变送器在在420mA/HART、PROFIBUS-PA、FF的的基础上又增加了基础上又增加了MODBUS， 罗斯蒙特的罗斯蒙特的3051S变送器在变送器在420mA/HART、FF的基础上又增加了的基础上又增加了PROFIBUS-PA。 目前，在生

31、产过程控制领域，采用目前，在生产过程控制领域，采用HART、FF和和profibus通信协议（标准）的变送器通信协议（标准）的变送器已占主导地位。现场总线变送器具有许多已占主导地位。现场总线变送器具有许多优点，它已不是传统意义上的变送器，而优点，它已不是传统意义上的变送器，而是集变送、控制、通信于一身，不论是传是集变送、控制、通信于一身，不论是传感器电路，还是转换器电路，全是数字式感器电路，还是转换器电路，全是数字式的，因此将会给仪表自动化领域带来革命的，因此将会给仪表自动化领域带来革命性的变化。但是，目前现场总线（第三代）性的变化。但是，目前现场总线（第三代）变送器还处在初始应用阶段，在实际

32、生产变送器还处在初始应用阶段，在实际生产中的用量还较少，用量较多的还是智能中的用量还较少，用量较多的还是智能（第二代）变送器。（第二代）变送器。 三、智能变送器三、智能变送器 特点特点 智能变送器与模拟变送器相比，具有下述明显智能变送器与模拟变送器相比，具有下述明显特点特点: (1)具有双向通信能力。数字通信使变送器可以具有双向通信能力。数字通信使变送器可以输出更多的信息，做更多的事情，如在输出被输出更多的信息，做更多的事情，如在输出被测参数方面，可以按所需的工程单位传送，也测参数方面，可以按所需的工程单位传送，也可开方后输出。除输出被测参数外，还可以取可开方后输出。除输出被测参数外，还可以取

33、得许多与变送器有关的信息，供备查之用，如得许多与变送器有关的信息，供备查之用，如标签号、测量范围、接液材料、最后调整日期标签号、测量范围、接液材料、最后调整日期等。等。 手持终端（或称通信器、组态器、手操器、手持终端（或称通信器、组态器、手操器、智能终端）的使用，使仪表的校验和调整智能终端）的使用，使仪表的校验和调整产生了一个飞跃，实现了：产生了一个飞跃，实现了： 调整遥控化调整遥控化(安装在现场的变送器可以在控安装在现场的变送器可以在控制室内进行调整，而不需将仪表卸至仪表制室内进行调整，而不需将仪表卸至仪表室，或跑到现场去室，或跑到现场去)； 零点和量程调整独立化零点和量程调整独立化(即调整

34、零点和调整即调整零点和调整量程互不影响，只需一次调整便可完成量程互不影响，只需一次调整便可完成)； 仪表标签内置化仪表标签内置化(即其标签可用手持终端读即其标签可用手持终端读出，大大减小了出现错误的可能性出，大大减小了出现错误的可能性)； 仪表信息数字化。仪表信息数字化。 而且由于手持终端作为调整及校验仪表的而且由于手持终端作为调整及校验仪表的专用工具，可以确保无关人员无法用其他专用工具，可以确保无关人员无法用其他方式乱调仪表，大大提高了仪表的安全性。方式乱调仪表，大大提高了仪表的安全性。智能变送器可以在手持终端或计算机控制智能变送器可以在手持终端或计算机控制系统系统(DCS)上实现远方设定或

35、修改仪表工程上实现远方设定或修改仪表工程单位，校对、调整仪表零点和测量范围。单位，校对、调整仪表零点和测量范围。而这一切如要在以往的模拟变送器上实现，而这一切如要在以往的模拟变送器上实现，则要把仪表从管线上卸下来，通上压力发则要把仪表从管线上卸下来，通上压力发生器发出的标准压力信号，接上标准电流生器发出的标准压力信号，接上标准电流表，操作十分麻烦，特别是当仪表装在炉表，操作十分麻烦，特别是当仪表装在炉（塔）顶、狭窄地域和地下深处时，调整（塔）顶、狭窄地域和地下深处时，调整和修改量程更加困难。和修改量程更加困难。 (2)具有自诊断能力。当变送器有故障时，可具有自诊断能力。当变送器有故障时，可以正

36、确清晰地在手持终端或以正确清晰地在手持终端或DCS屏幕上显示屏幕上显示故障信息，为维修人员迅速地排除故障提供了故障信息，为维修人员迅速地排除故障提供了方便，提高了系统的可靠性和可用性。方便，提高了系统的可靠性和可用性。 (3)模拟信号与数字信号同时传送。遵循模拟信号与数字信号同时传送。遵循HART协议的智能变送器，在通信期间，能同时输出协议的智能变送器，在通信期间，能同时输出模拟和数字信号。在通信期间，不会出现模拟模拟和数字信号。在通信期间，不会出现模拟信号中断，以致给控制器的过程变量造成一个信号中断，以致给控制器的过程变量造成一个突发的干扰。除了正在执行量程调整的以外，突发的干扰。除了正在执

37、行量程调整的以外，与智能变送器进行数字通信将不会破坏与智能变送器进行数字通信将不会破坏420mA信号的传送。信号的传送。 (4)测量准确度高。测量准确度高。 与传统的变送器相比，智能变送器的性能上了一与传统的变送器相比，智能变送器的性能上了一个很大的台阶。由于采用了微处理器，仪表输入个很大的台阶。由于采用了微处理器，仪表输入输出的非线性补偿和温度静压特性的补偿不再单输出的非线性补偿和温度静压特性的补偿不再单靠硬件来实现，而且还靠软件来补偿，因而仪表靠硬件来实现，而且还靠软件来补偿，因而仪表的精度很高。的精度很高。 差压变送器的精度一般为差压变送器的精度一般为0.1，也有，也有0.07的；远传法

38、兰式变送器的精度则为的；远传法兰式变送器的精度则为0.2。其他如温度特性，防水、防尘、防电磁干扰性能，其他如温度特性，防水、防尘、防电磁干扰性能，也都有很大提高。也都有很大提高。 由于智能变送器内部使用数字技术取代了传由于智能变送器内部使用数字技术取代了传统模拟技术来处理传感元件统模拟技术来处理传感元件(如差动电容、压如差动电容、压敏电阻电桥和差动变压器敏电阻电桥和差动变压器)输出的模拟信号，输出的模拟信号，使之更好地线性化，更好地补偿温度静压变使之更好地线性化，更好地补偿温度静压变化的影响，因而进一步提高了变送器的准确化的影响，因而进一步提高了变送器的准确度。度。 智能变送器内装一个用于补偿

39、温度变化的温智能变送器内装一个用于补偿温度变化的温度传感器，这个温度传感器把测出的介质温度传感器，这个温度传感器把测出的介质温度与变送器传感元件设计工作温度相比较，度与变送器传感元件设计工作温度相比较，若有差值，可经若有差值，可经CPU进行运算并进行自动补进行运算并进行自动补偿；有的智能变送器还内装测压元件，这个偿；有的智能变送器还内装测压元件，这个测压元件能够测出差压变送器的工作静压，测压元件能够测出差压变送器的工作静压，并通过并通过CPU进行运算，以修正差压变送器因进行运算，以修正差压变送器因静压所造成的零点变化。静压所造成的零点变化。 (5)测量范围宽。量程比即最大测量范围和测量范围宽。

40、量程比即最大测量范围和最小测量范围之比，这就是说，如果一台最小测量范围之比，这就是说，如果一台仪表的量程比为仪表的量程比为100，它的最大测量范围为，它的最大测量范围为0100kPa，则最小测量范围可以调到，则最小测量范围可以调到01。具有更大的量程比的智能变送器其最大。具有更大的量程比的智能变送器其最大量程比可达量程比可达400：1，这样可以减少变送器，这样可以减少变送器的规格品种。例如，的规格品种。例如，ST3000压力变送器仅压力变送器仅用三种规格即可覆盖用三种规格即可覆盖35kPa42MPa的测的测量范围，而模拟量范围，而模拟1151压力变送器则需要六压力变送器则需要六种规格，因此，采

41、用智能变送器可提高通种规格，因此，采用智能变送器可提高通用性和互换性。用性和互换性。 (6)输出可设定为恒流信号源。这一特点不输出可设定为恒流信号源。这一特点不仅可作为系统正确性检查的二次调校手段，仅可作为系统正确性检查的二次调校手段，而且还可以进行控制系统的动态模拟，检而且还可以进行控制系统的动态模拟，检查控制系统的动作过程，为自动控制系统查控制系统的动作过程，为自动控制系统的调试带来方便。的调试带来方便。 (7)具有变送器正反作用。设置智能变送器具有变送器正反作用。设置智能变送器负迁移测液位时无需将正负压力导管与变负迁移测液位时无需将正负压力导管与变送器正负引压入口之间进行反接，这样便送器

42、正负引压入口之间进行反接，这样便统一了差压变送器的安装规范，即使是反统一了差压变送器的安装规范，即使是反接了，也不需更改正、负压力导管，只需接了，也不需更改正、负压力导管，只需用手持终端设定合适的正反作用便可纠正用手持终端设定合适的正反作用便可纠正过来。过来。 (8)具有具有PID控制功能。控制功能。PID功能纯属软件功能，功能纯属软件功能，在产品硬件上没有任何额外的开销，所以带在产品硬件上没有任何额外的开销，所以带PID功能的变送器同样可以在大量变送器的场功能的变送器同样可以在大量变送器的场合发挥作用，其价格并不比同档变送器贵。合发挥作用，其价格并不比同档变送器贵。 (9)体积小重量轻。在硬

43、件上，智能变送器与模体积小重量轻。在硬件上，智能变送器与模拟变送器有很大不同，它采用微机械电子技术拟变送器有很大不同，它采用微机械电子技术加工生产。在检测部件中加工生产。在检测部件中,除了传感元件外，除了传感元件外，一般还装有补偿用的测温元件。产品采用了超一般还装有补偿用的测温元件。产品采用了超大规模集成电路，微处理器、存储器、通信电大规模集成电路，微处理器、存储器、通信电路、路、DA数模转换器等都集成在一块专用的数模转换器等都集成在一块专用的集成电路板上，通常称集成电路板上，通常称ASIC，因此仪表的结，因此仪表的结构紧凑，可靠性提高，体积却做得很小。构紧凑，可靠性提高，体积却做得很小。 智

44、能变送器和手持终端之间的通信智能变送器和手持终端之间的通信 在智能变送器的通信中，主设备是指手持通在智能变送器的通信中，主设备是指手持通信器、信器、DCS、PC等，在等，在HART协议中，协议中，DCS、PC称一级设备称一级设备,手持通信器即手持终端称二级手持通信器即手持终端称二级设备。智能变送器和手持终端之间的通信必设备。智能变送器和手持终端之间的通信必须两者的通信协议相同，不同通信协议之间须两者的通信协议相同，不同通信协议之间是不能通信的。是不能通信的。HART通信协议中的手持终端通信协议中的手持终端和变送器通信时，可以是一台手持终端同时和变送器通信时，可以是一台手持终端同时监控并联的多台

45、变送器，通过回路号和出厂监控并联的多台变送器，通过回路号和出厂编号来识别每台变送器。手持终端可以并接编号来识别每台变送器。手持终端可以并接在两根信号线的任何位置，包括并接在负载在两根信号线的任何位置，包括并接在负载电阻的两端电阻的两端(见图中虚线所示见图中虚线所示)，但不能直接接，但不能直接接在电源两端，如图在电源两端，如图7-1所示。所示。 在电源和手持终端之间需有一个在电源和手持终端之间需有一个R250的的电阻，它的作用是防止低阻抗的电源对通电阻，它的作用是防止低阻抗的电源对通信信号的分流，但信信号的分流，但R的阻值也不能太大。要的阻值也不能太大。要保证变送器的最低工作电压保证变送器的最低

46、工作电压12V DC，这，这样手持通信器才可以从变送器中读取信息，样手持通信器才可以从变送器中读取信息，并将设定值送到变送器的内存中去。并将设定值送到变送器的内存中去。 有的大型企业使用的变送器型号很多，需要多有的大型企业使用的变送器型号很多，需要多个手持终端，运行维护很不方便。现在，许多个手持终端，运行维护很不方便。现在，许多变送器都遵守变送器都遵守HART协议，操作人员在维护时协议，操作人员在维护时只带一个只带一个HART手持终端，就可以进行维护，手持终端，就可以进行维护，这样可以减少手持终端的购置费用。这样可以减少手持终端的购置费用。 智能变送器和智能变送器和DCS的通信的通信 智能变送

47、器和智能变送器和DCS之间的通信和智能变送器之间的通信和智能变送器和手持终端的通信一样，只能是在同一通信协和手持终端的通信一样，只能是在同一通信协议之间，议之间，DCS要内装遵循同一协议通信模要内装遵循同一协议通信模（卡）件（智能模件）。（卡）件（智能模件）。 如果没有通信卡，装的是如果没有通信卡，装的是420mA的模拟的模拟模件模件 (高电平输入模件高电平输入模件)，则不能进行数字，则不能进行数字通信，只能进行模拟传送。通信，只能进行模拟传送。 智能变送器和智能变送器和DCS通信后，可以在通信后，可以在DCS的的CRT上调看所有变送器的参数和进行设定上调看所有变送器的参数和进行设定和修改，仪

48、表工不必到现场去进行操作，和修改，仪表工不必到现场去进行操作，好处是不言而喻的。但是，若把智能变送好处是不言而喻的。但是，若把智能变送器当作模拟变送器使用，这个优势就没有器当作模拟变送器使用，这个优势就没有了。了。 通信和调校通信和调校 智能变送器的零点和量程可以通过主设备进行智能变送器的零点和量程可以通过主设备进行修改和设定，这样智能变送器还要不要通入标修改和设定，这样智能变送器还要不要通入标准信号压力进行校验准信号压力进行校验?严格说来还是要的。因严格说来还是要的。因为不进行通入标准信号压力的设定，智能变送为不进行通入标准信号压力的设定，智能变送器是不是准确，在手持终端上是不知道的，因器是

49、不是准确，在手持终端上是不知道的，因而也是无法调整的。一般情况是这样，如果智而也是无法调整的。一般情况是这样，如果智能变送器原先是合格的，则经过手持终端改变能变送器原先是合格的，则经过手持终端改变量程后，仍然是合格的，即使超差，也不会很量程后，仍然是合格的，即使超差，也不会很多。由于智能变送器的精度很高，稍超差一点多。由于智能变送器的精度很高，稍超差一点不会影响使用。但若智能变送器原先是不合格不会影响使用。但若智能变送器原先是不合格的，则改变量程后仍然是不合格的，必须通入的，则改变量程后仍然是不合格的，必须通入标准信号压力进行校验，进行误差调整才行。标准信号压力进行校验，进行误差调整才行。 四

50、、现场总线变送器四、现场总线变送器 特点特点 现场总线变送器的特点如下：现场总线变送器的特点如下： 全数字性全数字性 现场总线作为一种数字式通信网络从控制室现场总线作为一种数字式通信网络从控制室一直延伸到生产现场，使过去采用点到点式一直延伸到生产现场，使过去采用点到点式的模拟量信号传输变为多点一线的串行数字的模拟量信号传输变为多点一线的串行数字式传输。数字传送比模拟信号传送的距离远式传输。数字传送比模拟信号传送的距离远并且可靠性高。现场总线型变送器的全数字并且可靠性高。现场总线型变送器的全数字性能使得变送器的结构更加简单，其分辨率、性能使得变送器的结构更加简单，其分辨率、测量速度、稳定性都比较

51、高。测量速度、稳定性都比较高。 内嵌控制功能内嵌控制功能 现场总线变送器除了保持智能变送器优良现场总线变送器除了保持智能变送器优良的测量性能外，还增加了运算和控制功能。的测量性能外，还增加了运算和控制功能。在每台现场总线型变送器中都内嵌有在每台现场总线型变送器中都内嵌有PID控控制、逻辑运算、算术运算、累加等模块，制、逻辑运算、算术运算、累加等模块，用户通过组态软件对这些功能模块进行任用户通过组态软件对这些功能模块进行任意调用，以实现参数的现场控制。由于现意调用，以实现参数的现场控制。由于现场总线变送器就安装在生产设备附近，使场总线变送器就安装在生产设备附近，使信号传输的距离大大缩短，提高了回

52、路的信号传输的距离大大缩短，提高了回路的控制质量，降低了回路的不稳定性。控制质量，降低了回路的不稳定性。 真正的互操作性真正的互操作性 现场总线通信方式正在向国际标准化推进，现场总线通信方式正在向国际标准化推进，标准化确保了互操作性的实现。所谓互操作标准化确保了互操作性的实现。所谓互操作性是指来自不同厂家的设备可以互相通信，性是指来自不同厂家的设备可以互相通信，并且可以具有在多种不同的环境中完成任务并且可以具有在多种不同的环境中完成任务的能力。互操作性使不同厂家的设备可以互的能力。互操作性使不同厂家的设备可以互换使用，其控制系统的组成是自由的。凡是换使用，其控制系统的组成是自由的。凡是符合现场

53、总线国际通信标准的现场总线设备，符合现场总线国际通信标准的现场总线设备，不论是哪一个厂家生产的，都可以互相交换不论是哪一个厂家生产的，都可以互相交换信息。这样，用户就不必围绕着某一家仪表信息。这样，用户就不必围绕着某一家仪表公司选择设备，控制系统构成的自由度大大公司选择设备，控制系统构成的自由度大大增加，用户能够以最优的性能价格比构成增加，用户能够以最优的性能价格比构成符合自己要求的控制系统。符合自己要求的控制系统。 多变量测量多变量测量 所谓多变量测量是指一台变送器可以同时测量多所谓多变量测量是指一台变送器可以同时测量多个过程变量。由于每台现场总线型变送器内配有个过程变量。由于每台现场总线型

54、变送器内配有多个感测元件，它就可以同时测量多个过程变量，多个感测元件，它就可以同时测量多个过程变量，并通过现场总线传输出去。并通过现场总线传输出去。 高精确度和高抗干扰能力高精确度和高抗干扰能力 由于现场总线设备的智能化和数字化，与模拟信由于现场总线设备的智能化和数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传输误差。同时，由于系统的结构简化，减少了传输误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。了信号的往返传输，提高

55、了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。还具有设计简单，易于重构等优点。 高速通信和网络连接高速通信和网络连接 采用双绞线作为串行数据通信总线，把每采用双绞线作为串行数据通信总线，把每个测量控制仪表、个测量控制仪表、 执行器、执行器、PLC和上级计算机连接成网络系和上级计算机连接成网络系统，构成了全分布式的网络控制系统。按统，构成了全分布式的网络控制系统。按现场总线通信协议，位于工业或工程现场现场总线通信协议，位于工业或工程现场的每个嵌入式传感器、测量仪表、控制设的每个嵌入式传感器、测量仪表、控制设

56、备、专用数据存储设备和远程监控计算机备、专用数据存储设备和远程监控计算机都通过一条现场总线在任意单元之间进行都通过一条现场总线在任意单元之间进行高速数据传输与信息交换。高速数据传输与信息交换。 系统综合成本低系统综合成本低 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个仪表，因线或一条电缆上通常可挂接多个仪表，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。由于现场总线仪表具有极性自动识别少。由于现场总线仪表具有极性自动识别功能，连线设计与接头校对的工作量也大功能，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增

57、加现场总线仪表设备时，大减少。当需要增加现场总线仪表设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。安装的工作量。 构成构成 现场总线变送器一般由通信圆卡和仪表卡两部分组成，现场总线变送器一般由通信圆卡和仪表卡两部分组成，两部分均包含各自的软硬件。圆卡包括通信控制器、两部分均包含各自的软硬件。圆卡包括通信控制器、通信栈软件及通信接口，主要提供总线接口、总线通通信栈软件及通信接口，主要提供总线接口、总线通信以及功能块应用的处理能力；仪表卡负责采集现场信以及功能块应用的处理能力；仪

58、表卡负责采集现场信号，进行信号处理，将处理完毕的信息传送至圆卡，信号，进行信号处理，将处理完毕的信息传送至圆卡，并提供了必要的人机接口。并提供了必要的人机接口。 圆卡系统结构与功能圆卡系统结构与功能 圆卡是一种开发现场总线现场设备所需要的通用产品。圆卡是一种开发现场总线现场设备所需要的通用产品。使用圆卡可以免除设备开发者开发现场设备时，在考使用圆卡可以免除设备开发者开发现场设备时，在考虑满足虑满足FF物理层标准和一些通用电路上而花费大量时物理层标准和一些通用电路上而花费大量时间和精力，使开发者可以集中精力去设计开发产品的间和精力，使开发者可以集中精力去设计开发产品的其他应用特征。圆卡主要完成三

59、个任务：其他应用特征。圆卡主要完成三个任务： 接收和发送总线信号，完成总线通信功接收和发送总线信号，完成总线通信功能。该任务由通信栈完成，通信栈以库形能。该任务由通信栈完成，通信栈以库形式提供，需在用户开发的最后阶段进行链式提供，需在用户开发的最后阶段进行链接。圆卡网络可视，并可实现与总线其他接。圆卡网络可视，并可实现与总线其他仪表的连接。仪表的连接。 功能块调度和处理。在用户应用程序中功能块调度和处理。在用户应用程序中开发功能块的执行动作，如开发功能块的执行动作，如AI、PID功能块功能块被调度执行时的数据处理算法，前者可进被调度执行时的数据处理算法，前者可进行输入信号滤波，后者可进行行输入

60、信号滤波，后者可进行PID等数据处等数据处理。理。 通过串行函数实现与仪表卡之间的串行通过串行函数实现与仪表卡之间的串行通信。通信。 仪表卡结构与功能仪表卡结构与功能 按照现场总线仪表的总体架构，给出了仪按照现场总线仪表的总体架构，给出了仪表卡的性能如下表卡的性能如下: 根据对差压、压力和温度信号的测量精根据对差压、压力和温度信号的测量精度要求，选择合适的敏感元件，并设计必度要求，选择合适的敏感元件，并设计必要的信号调理电路。同时，还要为敏感元要的信号调理电路。同时，还要为敏感元件选择合适的激励源，以实现低功耗和高件选择合适的激励源，以实现低功耗和高精度测量。精度测量。 选择合适的模数转换器件