Tipos y características de transmisores

Existen muchos tipos de transmisores. Los transmisores utilizados en instrumentos de control industrial incluyen principalmente transmisores de temperatura, transmisores de presión, transmisores de flujo, transmisores de corriente, transmisores de voltaje, etc.

Los transmisores desempeñan un papel fundamental en los campos de la instrumentación, instrumentación y automatización industrial. A diferencia de los sensores, los transmisores generalmente tienen un cierto efecto de amplificación además de convertir cantidades no eléctricas en cantidades eléctricas mensurables.

Transmisor de presión:

El transmisor de presión también se denomina transmisor diferencial y consta principalmente de un sensor de celda de carga, un circuito de módulo, un cabezal de visualización, una caja de reloj y una conexión de proceso. etc. composición. Puede convertir las señales de presión recibidas, como gas y líquido, en señales estándar de corriente y voltaje para suministrar instrumentos secundarios, como alarmas indicadoras, registradores y reguladores para medición, indicación y regulación de procesos.

El principio de medición del transmisor de presión es: la presión del proceso y la presión de referencia actúan en ambos extremos del elemento sensible a la presión de silicio integrado respectivamente, y la presión diferencial hace que la oblea de silicio se deforme (el desplazamiento es muy pequeño, solo nivel de μm), de modo que El puente de Wheatstone completamente dinámico hecho de tecnología de semiconductores en el chip de silicio es impulsado por una fuente de corriente externa para generar una señal de voltaje de nivel mV proporcional a la presión. Debido a la excelente resistencia del material de silicio, la linealidad y el índice de variación de la señal de salida son muy altos. Cuando está en funcionamiento, el transmisor de presión convierte la cantidad física medida en una señal de voltaje de nivel mV y la envía a un amplificador diferencial con un alto factor de amplificación que puede compensar la deriva de temperatura. La señal amplificada se convierte en una señal de corriente correspondiente mediante la conversión de voltaje y corriente, y luego se somete a una corrección no lineal y, finalmente, se genera una señal de corriente y voltaje estándar que corresponde linealmente a la presión de entrada.

Los transmisores de presión se pueden dividir en dos tipos según el rango de medición de presión: transmisores de presión generales (0.001MPa~20MP3) y transmisores de presión microdiferencial (0~30kPa).

Transmisor de temperatura integrado:

El transmisor de temperatura integrado generalmente consta de una sonda de medición de temperatura (termopar o sensor de resistencia térmica) y una unidad electrónica de estado sólido de dos hilos. La sonda de medición de temperatura se instala directamente en la caja de conexiones en forma de módulo sólido para formar un transmisor integrado. Los transmisores de temperatura integrados generalmente se dividen en dos tipos: resistencia térmica y termopar.

El transmisor de temperatura de resistencia térmica se compone de una unidad de referencia, una unidad de conversión R/V, un circuito lineal, protección de conexión inversa, protección limitadora de corriente, una unidad de conversión V/I, etc. Después de convertir y amplificar la señal de resistencia térmica de medición de temperatura, la relación no lineal entre temperatura y resistencia se compensa mediante un circuito lineal. Después de pasar por el circuito de conversión V/I, una señal de corriente constante de 4-20 mA que está relacionada linealmente con la medida. Se emite la temperatura.

Los transmisores de temperatura de termopar generalmente se componen de unidades de circuito como fuente de referencia, compensación de unión fría, unidad de amplificación, procesamiento de linealización, conversión V/I, procesamiento de desconexión, protección de conexión inversa, protección de limitación de corriente y otras unidades de circuito. . Amplifica el potencial termoeléctrico generado por el termopar mediante compensación del extremo frío, luego utiliza un circuito lineal para eliminar el error no lineal entre el potencial termoeléctrico y la temperatura y finalmente lo amplifica y lo convierte en una señal de salida de corriente de 4-20 mA. Para evitar accidentes causados ​​por fallas en el control de temperatura debido a cables rotos en el termopar durante la medición del termopar, el transmisor también está equipado con un circuito de protección de apagado. Cuando el cable del termopar está roto o la conexión es deficiente, el transmisor emitirá el valor máximo (28 mA) para provocar que el instrumento corte el suministro de energía.

El transmisor de temperatura integrado tiene las características de estructura simple, ahorro de cables, gran señal de salida, fuerte capacidad antiinterferencia, buena linealidad, instrumento de visualización simple, módulo sólido a prueba de golpes y humedad, y Tiene protección de conexión inversa y protección limitadora de corriente. Trabajo confiable y otras ventajas.

La salida del transmisor de temperatura integrado es una señal unificada de 4-20 mA; se puede utilizar junto con un sistema informático u otros instrumentos convencionales. También se puede convertir en instrumentos de medición a prueba de explosiones o incendios según los requisitos del usuario.

Transmisor de nivel de líquido:

1. Transmisor de nivel de líquido tipo flotador

El transmisor de nivel de líquido tipo flotador consta de un flotador magnético, Consiste en medir conducto, unidad de señal, unidad electrónica, caja de conexiones y piezas de instalación.

Generalmente, la gravedad específica de un flotador magnético es inferior a 0,5 y puede flotar sobre la superficie del líquido y moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo del tubo de medición. El conducto está equipado con un elemento de medición que puede convertir la señal del nivel de líquido medido en una señal de resistencia proporcional al cambio del nivel del líquido bajo la influencia del magnetismo externo y convertir la unidad electrónica en una salida de señal de 4~20 mA u otra señal estándar.

El transmisor es un circuito modular con las ventajas de resistencia al ácido, resistencia a la humedad, resistencia a los golpes, resistencia a la corrosión, etc. El circuito contiene un circuito de retroalimentación de corriente constante y un circuito de protección interno, que puede evitar que la corriente de salida máxima exceda los 28 mA, por lo tanto protegiendo de manera confiable la fuente de alimentación y habilitando el instrumento secundario. El instrumento secundario no está dañado.

2. Transmisor de nivel de líquido tipo flotador

El transmisor de nivel de líquido tipo flotador convierte la bola flotante magnética en un flotador. Está diseñado según el principio de flotabilidad de Arquímedes. El transmisor de nivel de flotador utiliza una pequeña tecnología de detección de tensión de película metálica para medir el nivel, el límite o la densidad del líquido. Puede realizar operaciones de configuración regulares a través de botones en el sitio durante la operación

3. Transmisor de presión estática o nivel de líquido

Este transmisor utiliza el principio de medición del trabajo de presión hidrostática. Generalmente utiliza un sensor de presión de silicio para convertir la presión medida en una señal eléctrica, que luego se amplifica mediante un circuito amplificador y se compensa mediante un circuito de compensación, y finalmente se emite en forma de corriente de 4-20 mA o 0-10 mA.

Transmisor de nivel capacitivo:

El transmisor de nivel capacitivo es adecuado para que las empresas industriales midan y controlen el proceso de producción durante el proceso de producción. Se utiliza principalmente para mediciones continuas conductivas y de larga distancia. e indicación de nivel de líquido o nivel de material sólido en polvo en medios no conductores.

El transmisor de nivel de líquido capacitivo está compuesto por un sensor capacitivo y un circuito de módulo electrónico. Utiliza una salida de corriente constante de dos cables de 4 ~ 20 mA como tipo básico. Después de la conversión, se puede emitir en un. En modo de tres o cuatro cables, la señal de salida se forma en señales estándar como 1 ~ 5 V, 0 ~ 5 V, 0 ~ 10 mA, etc. Los sensores capacitivos constan de electrodos aislados y un recipiente metálico cilíndrico que contiene el medio de medición. Cuando el nivel del material aumenta, debido a que la constante dieléctrica del material no conductor es significativamente menor que la constante dieléctrica del aire, la capacitancia cambia con el cambio de la altura del material. El circuito del módulo del transmisor se compone de fuente de referencia, modulación de ancho de pulso, conversión, amplificación de corriente constante, retroalimentación y unidades limitadoras de corriente. Las ventajas de utilizar el principio de modulación de ancho de pulso para la medición son la baja frecuencia, la interferencia de radiofrecuencia en los elementos circundantes, la buena estabilidad, la buena linealidad y la ausencia de una deriva obvia de la temperatura.

Transmisor ultrasónico:

El transmisor ultrasónico se divide en dos categorías: transmisor ultrasónico general (sin medidor) y transmisor ultrasónico integrado. El dispositivo se usa más comúnmente.

El transductor ultrasónico integrado consta de un medidor (como una pantalla LCD) y una sonda. Este transmisor que emite directamente una señal de 4-20 mA es una combinación de un componente sensible miniaturizado (sonda) y una sonda. Los circuitos electrónicos se ensamblan para hacerlos más pequeños, livianos y económicos. Se pueden utilizar transmisores ultrasónicos para niveles de líquidos. Medición de nivel de material y medición de flujo en canales abiertos y canales abiertos, y se puede utilizar para medir distancia.

Transmisor de acidez por electrodo de antimonio:

El transmisor de acidez por electrodo de antimonio es un instrumento de análisis industrial en línea que integra detección de pH, limpieza automática y conversión de señal eléctrica. Está hecho de pH de antimonio A. Sistema de medición compuesto por electrodos y electrodos de referencia. En la solución ácida que se está midiendo, se formará una capa de óxido de trióxido de antimonio en la superficie del electrodo de antimonio, lo que dará como resultado una diferencia de potencial entre la superficie del metal de antimonio y el trióxido de antimonio. La magnitud de esta diferencia de potencial depende de la concentración de óxido de antimonio, que corresponde a la concentración de iones de hidrógeno en la solución ácida que se está midiendo. Si las proporciones de antimonio, trióxido de antimonio y solución acuosa se consideran 1, el potencial del electrodo se puede calcular mediante la fórmula de Nernst.

El circuito del módulo sólido del transmisor de acidez del electrodo de antimonio consta de dos partes. Para la seguridad de la operación en el sitio, la parte de la fuente de alimentación utiliza 24 V CA para alimentar el instrumento secundario. Además de proporcionar energía motriz para el motor de limpieza, esta fuente de energía también debe convertirse en el voltaje CC correspondiente a través de la unidad de conversión de corriente para uso del circuito de transmisión. La segunda parte es el circuito transmisor de medición, que amplifica la señal de referencia y la señal de acidez de PH del sensor y luego las envía al circuito de ajuste de pendiente y ajuste de posicionamiento para reducir la resistencia interna de la señal y hacerla ajustable. La señal de PH amplificada y la señal de temperatura compensada se superponen y luego se ingresan de manera diferencial en el circuito de conversión. Finalmente, se envía una señal de corriente constante de 4 ~ 20 mA correspondiente al valor de PH al instrumento secundario para completar el proceso. Mostrar y controlar el valor del pH.

Transmisores de concentración de ácidos, álcalis y sales:

Los transmisores de concentración de ácidos, álcalis y sales determinan la concentración midiendo el valor de conductancia de la solución.

Puede detectar continuamente la concentración de ácidos, álcalis y sales en soluciones acuosas en línea durante procesos industriales. Este tipo de transmisor se utiliza principalmente en procesos de producción industrial, como el tratamiento del agua de alimentación de calderas, la preparación de soluciones químicas y la protección del medio ambiente.

El principio de funcionamiento del transmisor de concentración de ácido, álcali y sal es: dentro de un cierto rango, la concentración de la solución ácido-base es proporcional a su conductividad. Por lo tanto, siempre que se mida la conductividad de la solución, se puede conocer la concentración de ácido y álcali. Cuando la solución medida fluye hacia una celda de conductividad especial, si se ignoran la polarización del electrodo y la capacitancia distribuida, puede ser equivalente a una resistencia pura. Cuando fluye una corriente alterna de voltaje constante, la corriente de salida está relacionada linealmente con la conductividad, y la conductividad es proporcional a la concentración de ácido y álcali en la solución. Por lo tanto, siempre que se mida la corriente de la solución, se puede calcular la concentración de ácido, álcali y sal.

Los transmisores de concentración de ácidos, álcalis y sales están compuestos principalmente por celdas de conductividad, módulos electrónicos, cabezales de visualización y carcasas. El circuito del módulo electrónico se compone de una fuente de alimentación de excitación, una celda de conductividad, un amplificador de conductividad, un rectificador sensible a la fase, un demodulador, una compensación de temperatura, una protección contra sobrecargas y unidades de conversión de corriente.

Transmisor de conductividad:

Es un instrumento de proceso (transmisor integrado) que mide indirectamente la concentración de iones midiendo el valor de conductividad de la solución. Puede detectar continuamente el proceso industrial en línea. Conductividad de una solución acuosa.

Dado que la solución electrolítica es un buen conductor de electricidad como un conductor metálico, debe haber resistencia cuando la corriente fluye a través de la solución electrolítica y se ajusta a la ley de Ohm. Sin embargo, las características de temperatura de resistencia de los líquidos son opuestas a las de los conductores metálicos y tienen características de temperatura negativas. Para distinguirlo de los conductores metálicos, la capacidad de una solución electrolítica para conducir electricidad se expresa en términos de conductancia (recíproca de la resistencia) o conductividad (recíproca de la resistividad). Cuando dos electrodos mutuamente aislados forman una celda de conductividad, si la solución a medir se coloca entre ellos y se pasa una corriente alterna de voltaje constante, se forma un bucle de corriente. Si el voltaje y el tamaño del electrodo son fijos, habrá una cierta relación funcional entre la corriente del bucle y la conductividad. De esta manera, midiendo la corriente que fluye en la solución a medir, se puede medir la conductividad de la solución a medir.

La estructura y el circuito del transmisor de conductividad son los mismos que los de los transmisores de concentración de ácidos, álcalis y sales.

Transmisor inteligente:

El transmisor inteligente está compuesto por un sensor y un microprocesador (microordenador). Aprovecha al máximo las capacidades informáticas y de almacenamiento del microprocesador para procesar datos del sensor, incluido el acondicionamiento de señales de medición (como filtrado, amplificación, conversión A/D, etc.), visualización de datos, corrección automática y compensación automática, etc.

El microprocesador es el núcleo del transmisor inteligente. No sólo puede calcular, almacenar y procesar datos de medición, sino también ajustar el sensor a través de un circuito de retroalimentación para optimizar los datos recopilados. Debido a que el microprocesador tiene varias funciones de software y hardware, puede realizar tareas que son difíciles de realizar con los transmisores tradicionales. Por tanto, el transmisor inteligente reduce la dificultad de fabricar el sensor y mejora en gran medida el rendimiento del sensor. Además, el transmisor inteligente también tiene las siguientes características:

1. Tiene capacidad de compensación automática y puede compensar automáticamente la no linealidad, la desviación de temperatura, la desviación de tiempo, etc. del sensor a través del software;

2. Se puede autodiagnosticar. Después de encenderlo, el sensor se puede autoprobar para comprobar si cada parte del sensor es normal y emitir un juicio. El procesamiento de datos es conveniente y preciso, y los datos se pueden procesar automáticamente de acuerdo con el programa interno, como procesamiento estadístico, eliminación de valores anormales, etc.;

4. función. El microprocesador no solo puede recibir y procesar datos del sensor, sino también enviar información al sensor para ajustar y controlar el proceso de medición.

5. sensor, información de configuración y características de compensación, etc.;

6. Tiene una función de salida de interfaz digital, que puede conectar fácilmente la señal digital de salida a una computadora o bus de campo.

Transmisor de dos cables:

El sistema de dos cables significa que solo se utilizan dos cables para comunicarse entre el transmisor en el sitio y el instrumento de la sala de control. Ambos cables son de alimentación. cables y es una línea de señal.

Sistema de dos cables y sistema de tres cables (un cable de alimentación positivo, dos cables de señal, uno de los cuales es GND) y sistema de cuatro cables (dos cables de alimentación positivo y negativo, dos cables de señal, comparados con uno de ellos (***GND), la precisión de la medición es menor.

La resistencia térmica es un componente principal que convierte los cambios de temperatura en cambios de valor de resistencia. Por lo general, necesita transmitir la señal de resistencia a un dispositivo de control por computadora u otros instrumentos primarios a través de cables. Las resistencias térmicas industriales se instalan en el sitio de producción y hay una cierta distancia entre ellas y la sala de control, por lo que los cables de las resistencias térmicas tendrán un mayor impacto en los resultados de la medición.

Clasificación de los sistemas de cables:

Sistema de dos cables: El método de conectar un cable en ambos extremos de la resistencia térmica para extraer la señal de resistencia se llama sistema de dos cables: Este método de cableado es muy simple, sin embargo, dado que el cable de conexión debe tener una resistencia de cable r, y el tamaño de r está relacionado con el material y la longitud del cable, este método de cable solo es adecuado para ocasiones con baja precisión de medición;

Sistema de tres hilos: en resistencia térmica El método en el que un extremo de la raíz se conecta a un cable y el otro extremo a dos cables se denomina sistema de tres hilos. Este método se utiliza habitualmente. junto con un puente, que puede eliminar mejor la influencia de la resistencia del cable y es el método más comúnmente utilizado en el control de procesos industriales.

Sistema de cuatro cables: el método de conectar dos cables en cada extremo del. La raíz de la resistencia térmica se llama sistema de cuatro cables. Dos de los cables proporcionan una corriente constante I para la resistencia térmica y convierten R en voltaje. La señal U luego se conduce al instrumento secundario a través de los otros dos cables. Se puede ver que este método del cable puede eliminar completamente la influencia de la resistencia del cable y se utiliza principalmente para la detección de temperatura de alta precisión.

La resistencia térmica adopta un método de conexión de tres cables. El sistema de tres hilos se utiliza para eliminar los errores de medición provocados por la resistencia de los hilos de conexión. Esto se debe a que el circuito utilizado para medir la resistencia térmica es generalmente un puente desequilibrado. La resistencia térmica es una resistencia del brazo del puente, y su cable de conexión (desde la resistencia térmica hasta la sala de control central) también pasa a formar parte de la resistencia del brazo del puente. La resistencia de esta parte se desconoce

y. cambia con la temperatura ambiente, provocando un error de medición. Utilizando un sistema de tres cables, conecte un cable al extremo de alimentación del puente y los otros dos cables al brazo del puente donde se encuentra la resistencia térmica y al brazo del puente adyacente, eliminando así el error de medición causado por la resistencia del línea de alambre.

Ventajas del sistema de dos cables:

1. No se ve afectado fácilmente por termopares parásitos y las caídas de voltaje de resistencia y la deriva de temperatura a lo largo de los cables pueden ser cables muy baratos y más delgados. usado; puede ahorrar mucho dinero. Cables y costos de instalación;

2. Cuando la resistencia de salida de la fuente de corriente es lo suficientemente grande, el voltaje en el bucle de alambre inducido a través del acoplamiento del campo magnético no tendrá efecto. un impacto significativo porque la corriente causada por la fuente de interferencia es extremadamente pequeña, generalmente el uso de pares trenzados puede reducir la interferencia. Los sistemas de tres y cuatro cables deben usar cables blindados y la capa protectora del cable blindado debe estar conectada a tierra adecuadamente.

3. La interferencia capacitiva provocará errores relacionados con la resistencia del receptor. Para un bucle de dos cables de 4 ~ 20 mA, la resistencia del receptor suele ser de 250 Ω (muestreo Uout = 1 ~ 5 V). Para ser suficiente, se producen errores importantes, por lo que la longitud del cable permitida es más larga y más larga que el sistema de telemetría de voltaje;

4. Cada dispositivo de lectura o dispositivo de grabación se puede reemplazar entre diferentes canales con diferentes longitudes de cable. Conexión, no hay diferencia en la precisión debido a las diferentes longitudes de los cables y se logra la recolección descentralizada. Los beneficios de la recolección descentralizada son: recolección descentralizada, control centralizado...

5. plano, lo que lo hace muy conveniente para juzgar el circuito abierto, el cortocircuito o el daño del sensor (estado de 0 mA).

6. Es muy fácil agregar uno o dos dispositivos de protección contra rayos y sobretensiones al puerto de salida de dos cables, lo cual es beneficioso para la seguridad, la protección contra rayos y la protección contra explosiones.

Los transmisores de tres y cuatro hilos no tienen las ventajas anteriores y pronto serán reemplazados por transmisores de dos hilos. Esto se puede entender por las tendencias de la industria extranjera y la oferta y demanda de chips transmisores actuales. El transmisor debe instalarse en la línea eléctrica del equipo de campo cuando está en uso, mientras que el sistema de monitoreo con el microcontrolador como núcleo está ubicado en la sala de monitoreo lejos del sitio del equipo. Los dos generalmente están a decenas o cientos de metros. aún más separados. El entorno en el sitio del equipo es relativamente severo. Las señales eléctricas fuertes producirán diversas interferencias electromagnéticas y la inducción de rayos producirá fuertes sobretensiones. En este caso, un problema espinoso que se encuentra en el sistema de aplicación del microcontrolador es cómo transmitir señales a largas distancias. Entornos hostiles. Transmite de forma fiable pequeñas señales.

La salida del transmisor de corriente de dos hilos es de 4~20mA, que se convierte en una señal de voltaje analógica de 1~5V o 2-10V a través de una resistencia de precisión de 250Ω. Hay muchas formas de convertirla. en una señal digital si el sistema se utiliza durante mucho tiempo en sitios industriales con entornos hostiles, por lo que se debe considerar la seguridad y confiabilidad del sistema de hardware. El módulo de entrada del sistema utiliza el dispositivo de conversión de voltaje a frecuencia LM231 para convertir la señal de voltaje analógico en una señal de frecuencia y usa el dispositivo de acoplamiento fotoeléctrico TL117 para aislar las cantidades analógicas y digitales.

Al mismo tiempo, el circuito de procesamiento de señales analógicas y el circuito de procesamiento de señales digitales utilizan dos conjuntos independientes de fuentes de alimentación, y la tierra analógica y la tierra digital están separadas entre sí, lo que puede mejorar la seguridad de el sistema. El uso del dispositivo de conversión de voltaje a frecuencia LM231 también tiene un cierto efecto antiinterferencias de alta frecuencia.

En muchas aplicaciones controladas por microcontroladores, los transmisores se utilizan para convertir señales que los microcontroladores no pueden medir directamente en señales eléctricas analógicas que pueden ser procesadas por microcontroladores, como transmisores de corriente, transmisores de presión, transmisores de temperatura, transmisores de flujo. transmisor, etc

La mayoría de los primeros transmisores eran del tipo de salida de voltaje, es decir, la señal de medición se convertía en una salida de voltaje de 0-5 V. Esta era la salida directa del amplificador operacional y la potencia de la señal era <0,05. W, que se convirtió a través de un circuito de conversión analógico/digital. Las señales digitales son leídas y controladas por el microcontrolador. Sin embargo, en situaciones donde las señales deben transmitirse a largas distancias o donde la interferencia de la red eléctrica es grande en el entorno de uso, el uso de sensores de salida de voltaje está muy restringido, lo que expone deficiencias como una capacidad antiinterferencia deficiente y una pérdida de línea que destruye la precisión. , etc., y los transmisores de salida de corriente de dos cables se utilizan ampliamente debido a su capacidad antiinterferente extremadamente alta.

La capacidad antiinterferencia del transmisor de tipo de salida de voltaje es extremadamente pobre. No se puede decir que el daño causado por la pérdida de línea sea de alta precisión. A veces, el voltaje de CC de salida se superpone con componentes de CA, lo que causa. el microcontrolador juzgue mal si hay un error de control, el equipo se dañará en casos graves. La salida de 0-5 V no debe transmitirse de forma remota. Después de la transmisión remota, la caída de voltaje de la línea será grande y la precisión será. Los puertos de señal de entrada de muchos ADC, PLC y DCS se convierten en sistemas de corriente de dos cables. El transmisor de salida de 4-20 mA demuestra la tendencia inevitable de que se eliminarán los transmisores de salida de voltaje.