工业传感器概述,根据模拟信号传感器的性能选型

工业传感器概述

在工业现场中，压力、位移、温度、流量、转速等各类模拟量传感器因设计使用的技术方法不同。传感器工作配电的方式主要分为两线制和四线制，其输出的模拟信号也各有差异，而常见的有0-20mA、4-20mA电流信号和0-75mV、0-5V、1-5V电压信号。

要把各类传感器模拟信号成功采集到PLC/DCS/FCS/MCU/FA/PC系统，就要根据传感器与数据采集系统的功能和技术特点进行匹配选型，同时也要考虑到工业现场传感器与PLC等数据采集系统的供电差异及各种EMC干扰的影响，通常把传感器输出的模拟信号隔离、放大、转换后送到PLC等数据采集系统。PLC通过信号线采集传感器的模拟或数字信号，然后进行处理，如果传感器是模拟输出，PLC就要接模拟输入接口，如果传感器是数字信号输出，PLC就要接数字输入接口.

开关量传感器就是一个无触点的开关，开关量传感器可作为PLC的开关量输入信号。一般用于开关量控制的设备，机床，机器等。模拟量传感器是把不同的物理量(如压力、流量、温度)转换成模拟量(4-20MA的电流或1-5V的电压)。模拟量传感器作为PLC的模拟量输入模块的输入信号。一般用于过程控制。数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器，主要包括：放大器、A/D转换器、微处理器（CPU）、存储器、通讯接口电路等。

常用的模拟量传感器分为两线制和四线制，两线制和四线制都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流电压信号；而四线制的两根信号线只提供电流信号。通常提供两线制电流电压信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。因此，当PLC等数据采集系统的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC只从模板通道的端子上采集模拟信号，而当PLC等数据采集系统的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。

4-20mA和电工标准有关,4-20mA信号制是国际电工委员会(IEC)过程控制系统用模拟信号标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA,联络信号采用1-5VDC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。因为信号起点电流为4mA,为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA，不与机械零点重合，这种活零点有利于识别断电和断线等故障。

根据模拟信号传感器的性能选型

1、两线制电流/电压输出传感器(无供电电源，由负载提供16—24V配电，输出4-20mA/0-5V)。

1.1两线制无源4-20mA输入型传感器，经电流隔离配电器配电后与PLC连接。如图1所示，称重、测距传感器正端接16—24VDC,负端输出4-20mA电流。

图1 两线制4-20mA隔离配电器典型应用图

1.2两线制无源电压信号输入型传感器，经电压配电器配电后与PLC连接。如图2、图3所示，位移、电子尺传感器正端、负端接16—24VDC电压。

图2 非隔离两线无源电压配电器

图3 隔离型电压配电器

如图4、图5所示，应力片、称重电桥传感器正端、负端接16—24VDC电压。

图4 隔离型电压信号转换放大

图5 隔离型电桥电压配电器

1.3两线制传感器输出4-20mA电流环路经隔离器隔离后与PLC连接。如图6所示，压力、流量传感器正端接9—32VDC,负端输出4-20mA电流。

图6 两线制4-20mA电流环路隔离器典型应用图

1.4 两线制传感器输出4-20mA电流经隔离调理匹配（解决输入输出间冲突）后与PLC连接。 如图7所示，温度、转速传感器正端接12—24VDC,负端输出4-20mA电流。

图7 两线制4-20mA信号与PLC匹配隔离调理典型应用图

2、四线制电流/电压(输入/输出)型传感器(有自己的供电电源24VDC，输入/输出:4-20mA或0-5V)。

2.1 四线制电流输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。如图8所示，温度、湿度传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

图8 四线制传感器信号I/I隔离放大后与PLC连接典型应用图

如图9所示，压力、转速传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

图9 四线制传感器信号I/V转换后与PLC连接典型应用图

2.2 四线制电压输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。如图10所示，压力、转速传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

图10 四线制传感器信号V/I转换后与PLC连接典型应用图

如图11所示，液位、流量传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

图11 四线制传感器信号V/V隔离后与PLC连接典型应用图