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【一款同時推出模擬版和數字版的壓力變送器】
時間:2019-06-05

 我們生活在一個模擬世界。事實上,絕大多數感測技術都源起于模擬世界,想要獲取的信息都屬于連續變量或參數。

傳統上,來自傳感器元件的信號經過放大、補償和線性化以適應變送器所連接的系統, 全部模擬域內完成。

自20世紀90年代起,傳感器和變送器都開始從純模擬工作方式轉向數字傳輸協議、信號處理和接口。

如今,這種遷移已經達到高潮。產品跨越模擬/數字分界線的速度因行業而異,但數字技術如今在許多應用領域已經全面盛行。

但這不意味著模擬變送器行業將萎縮消亡。

仍有眾多應用領域—諸如高EMI/RFI環境或傳統模擬系統 — 其中模擬變送器的優勢一直超過數字變送方式。

 

一款同時推出模擬版和數字版的壓力變送器
模擬 —連續可變輸出
模擬和數字變送器從技術、接口、輸出信號和用于描述和規定其運行方式的術語方面都分屬兩個
不同世界。TE Connectivity (TE) 開發的這款M3200壓力變送器提供了模擬或數字配置版本。


這兩個版本共享以下特色:
能在系統、管道或貯槽內的氣體或液體當中執行相同的基本壓力測量和報告功能
在機械上具有一致性并可以互換
采用相同的撓性隔膜、硅應變計技術以及惠斯特電橋,將所受壓力轉換成模擬電壓信號
由傳感器電子線路將模擬信號數字化以供后續處理
但類似之處至此為止了。模擬與數字變送器的差異在于,不僅在功能上不同,而且在能力和優
點上不同。

 

模擬 —連續可變輸出
模擬和數字變送器從技術、接口、輸出信號和用于描述和規定其運行方式的術語方面都分屬兩個
不同世界。TE Connectivity (TE) 開發的這款M3200壓力變送器提供了模擬或數字配置版本。


這兩個版本共享以下特色:
能在系統、管道或貯槽內的氣體或液體當中執行相同的基本壓力測量和報告功能
在機械上具有一致性并可以互換
采用相同的撓性隔膜、硅應變計技術以及惠斯特電橋,將所受壓力轉換成模擬電壓信號
由傳感器電子線路將模擬信號數字化以供后續處理但類似之處至此為止了。

模擬與數字變送器的差異在于,不僅在功能上不同,而且在能力和優點上不同。


在變送器模擬版本當中,來自內部模擬數字轉換器(A/D)的數字信號可以用若干種方式進行調整。

這里將適用各種校準系
數以確保傳感器滿足精確度規格。隨后采用溫度校正系數來調整信號并針對環境溫度做出補償。

最后,將零點校準和量程校準添加進來,將輸出信號置入變送器部件編號所規定的預想范圍內。

結果隨后由一個內部數字模擬(D/A)轉換器轉換成模擬信號,經過一個單位增益緩沖器,再送出至輸出引腳。

這個輸出信號為連續變化信號,就像施加在傳感器上的壓力一樣。在傳統技術中,諸如粘貼箔式應變計,

信號在傳統上會使用安裝在電路板上的電阻器進行修整,修整以對感測元件隨壓力和溫度的特性描述為依據。

隨著微處理器和專用集成電路(ASIC)的功能增強和體積減小,其中許多已經集成到了壓力變送器之內。

這樣形成了更出色的精度、更小的形狀系數,并在某些情況下降低了成本。

 

數字-用計算機語言的1和0輸出
在變送器的數字版本當中,數字信號處理核心操縱數據,在其中應用各種補償和校正。這個經加工處理的數據隨后存儲在寄
存器內,待隨后發送給系統。傳感器和變送器最為常用的數字傳輸協議為集成電路總線(IIC或I 2 C)。這種通信技術的設計方
式是,在系統主控制器發出數據請求之前,變送器不執行壓力讀取或報告操作。由于對壓力數據的需要是間歇性的,傳感器

就可以在數據請求之間進入“休眠”(一種非常低功耗的模式)。這點有助于節省系統能量,對于電源供電型和無線應用場景來說,這都是一項重要能力。
幾乎所有TE的數字傳感器產品都會在傳感器處采集溫度讀數。取得這項溫度信息有著重要意義。這項信息將用于補償壓力信號以提供更高精確度。

變送器數字化這項溫度數據并在補償中應用,再將此項數據存儲在寄存器內,可隨壓力數據一同訪問。
其結果是只用單個變送器就能獲得2種傳感器讀數。此項數字化數據以16進制格式存儲和傳輸以求效率,但是為了清晰起見,
數據表和圖形采用了10進制(計數)來顯示這些數據
許多TE變送器,包括M3200壓力變送器,都采用惠斯特電橋元件來測量環境溫度。這種測量技術為壓力讀數補償提供了精確的數據。

還提供了給變送器施加壓力介質溫度的良好指征。

模擬傳感器應用案例
而一項常用于克服這個問題的技術是采用大電流、低阻抗傳輸方式,這種方式能夠免受這些噪聲源干擾。而4-20  mA電流回
路就設計用于提供方面的能力。在變送器處,壓力信號用于控制傳感器從位于控制器處電源當中抽取的電流量。

對于零信號電平,變送器抽取4 mA電流。對于最高信號電平,變送器制取20 mA電流。對于處在這兩個限值之間的任何信號,電流抽取量
將是一個與信號電平成比率的數值。而這個方法當中所涉及的一切都屬于模擬技術。

這是一種消除EMI/RFI/ESD造成問題的ZUI佳方式。

M3200壓力變送器可提供有12種不同壓力量程的模擬4-20mA版本。


有些應用有著獨特的條件,這些條件必須在決定選用模擬或數字
變送器時予以考慮。一家煉油廠用于監測化學過程壓力的變送器
就是一個很好的例子。由于這家煉油廠的設計方式,有時候壓
力變送器必須設在距與其相連控制系統數百英尺之外—這就要求
采用長程電纜線路進行連接。這些電纜線路形成了效果良好的天
線,能夠從鄰近電纜和設備拾取到電磁干擾(EMI)/無線頻率
干擾(RFI)/靜電放電(ESD)信號。然而,電氣“噪聲”有可
能過于強大,會扭曲或破壞電纜內的高阻抗模擬信號 。


數字傳感器應用案例

當前有一個工業壓力傳感器新市場正在興起,就是所謂的工業物聯網(IIoT或簡短稱為工業4.0)。其基本理念是在工廠當中

安裝能夠監測制造過程每一個關鍵參數的傳感器和變送器。所采集的數據發送至中央計算機,或發送至云,并在其中執行分析,

并將數據存儲起來。所有這些都在數字域內完成,以提高通信、分析和存儲效率。這里采用能夠以數字格式提供信號的變送器就是合理的。

這樣可以降低系統成本,變送器與控制電子線路接口也更加方便。

 

無論您的應用工作在模擬世界或數字世界,能夠提供可在任一種類型應用下工作的傳感器和變送器對于這些系統的設計者來
說都提供了巨大的靈活性。M3200壓力變送器的模擬和數字版本都提供了相同的測量壓力并將數據發送給控制系統的基本功
能。而擁有以模擬或數字格式發送數據的選擇權能夠確保系統設計方案有效、高效且成本低。您的任何設計需求都能達到預想的結果。

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