压力变送器关键技术参数
一、压力传感器
能感受规定的被测量流体压强值，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。当输出为规定的标准信号时，则一般称压力变送器。
二、压力类型
绝对压力：参照压力为真空时所测量的压力值为绝对压，通常简称绝压。
表 压：参照压力为当地的大气压力时，所测量的压力值为表压。表压力为正时简称压力，表压力为负时称负压力或真空度。负压力的绝对值越大，即绝对压力越小，则真空度越大。
差 压：传感器或变送器两端都感受到被测压力时，两端压力之差称差压。
三、压力传感器的特性参数
测量范围：在允许误差限内被测量值的范围称为测量范围。
上 限 值：测量范围的最高值称为测量范围的上限值。
下 限 值：测量范围的最低值称为测量范围的下限值。
量 程：测量范围的上限值和下限值的代数差就是量程。
精 度：被测量的测量结果与真值间的一致程度。
非 线 性：
重 复 性：相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。
蠕 变：当被测量及其所有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。 迟 滞：在规定的范围内，当被测量值增加或减少时，输出中出现的最大差值。 激 励：为使传感器正常工作而施加的外部能量。一般是电压或电流。施加的电压或电流不同，传感器的输出值等参数也不同，所以有的参数，如零点输出，上限值输出、漂移等参数要在规定的激励条件下测量。
零点漂移：零点漂移是指在规定的时间间隔及标准条件下，零点输出值的变化。由于周围环境温度变化引起的零点漂移称为热零点漂移。
过 载：通常是指能够加在传感器或变送器上不致引起性能永久性变化的被测量的最大值。
稳 定 性：传感器或变送器在规定的条件下储存、试验或使用，经历规定的时间后，仍能保持原来特性参数的能力。
可 靠 性：指传感器或变送器在规定的条件下和规定的时间内完成所需功能的能力。
工作温度：指变送器能够达到各项技术指标和功能的环境温度范围。
储存温度：指变送器在不加电工作状态下的长期储存不损坏的温度范围。 传感器信号调理电路
信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH 、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC ）的输入。然后，ADC 对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC 。ADC 应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。
传感器信号调理电路
传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器（RTD ）、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH 电极；用于光电子测量光强的PIN 光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源（电压或电流源），而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD 、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN 二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标：
·源阻抗
——高的源阻抗大于100K Ω
——低的源阻抗小于100Ω
·输出信号电平
——高信号电平大于500mV 满标
——低信号电平大于100mV 满标
·动态范围
在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。 放大器功用
放大器除提供dc 信号增益外，还缓冲和定标送到ADC 之前的传感器输入。放大器
有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC 。关键因素包括放大器和ADC 之间的连接距离，电容负载效应和ADC 的输入阻抗。
选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH 电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH 传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS 输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积（GBP ）是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。
传感器和放大器匹配电路
PH电极缓冲器
高阻抗PH 传感器可与具有低功率电路（仅需要2个1.5V 电池供电）的放大器配对。放大器MOS 输入晶体管为传感器提供高阻抗，传感器输出阻抗为1MW 或更大。此放大器的输入偏置电流小于1pA ，所以，放大器工作消耗非常小的电流。放大器的失调电压小于1mV 。放大器提供轨到轨工作并具有高驱动能力，能在长线上发送信号（放大器远离ADC 的情况）。在电路中增加了一个精密温度传感器，可以测量PH 传感器的温度。这使得具有精确的PH 温度补偿值。
完整的传感器桥接口
·测量应变片传感器通常要通过桥网络，应变片构成桥的两个（或4个）臂。应变片是低源阻抗器件，其输出信号范围是小的（几百微伏~几毫伏）。图3所示的电路能为精确测量传感器信号提供测量桥稳定激励电压和高共模电压抑制（CMR ），消除了任何共模电压。用高精度和非常低漂移（随温度）的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比（CMRR ），所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压（VOS ）漂移（也称之为失调电压温度系数TCVOS ）和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。放大器A1~A4连接成仪表放大器以达到上述目标。这种配置的电压增益（AV ）为：AV=（1+2R2/bR2）（aR1/R1），其中a 和b 是确定总增益的比值。
辐射分析仪通道
辐射谱测量来自辐射源的发射能量的分布，辐射源可以是粒子，X 射线或γ射线。辐射照到闪光晶体上并发射强度正比于能量的短脉冲。然后由PIN 光电二极管把光转换为电流。放大器（见图4）用做首置放大器和PIN 光电二极管输出的电流/电压
转换器。此电路为用于基本辐射谱的单通道分析仪。信号的脉冲幅度包含重要信息，所以低输入失调电压和低失调电压漂移是重要的。宽带宽为处理脉冲（可窄到几纳秒）提供快速响应。首置放大器输出（VOUT ）到脉冲幅度分析仪（如快速ADC ）来测量和储存每个峰值发生的数。分布是单个源的光谱。反馈电阻R1值取决于来自PIN 光电二极管的最大电流和到ADC 的最大输出电压。因此，R1=（MaxVOUT ）/（MaxISIGNAL ）。电容C1用于PIN 光电二极管寄生电容的补偿。R2和C2相当于R1和C1用于补偿放大器非倒相输入的输入偏置电流。
热电耦接口电路
热电偶根据两个不同金属线结点之间的温度差提供电压信号。热电偶温度传感器具有一个感测端（金属A/金属B 连接端）和一个参考端（金属A 和金属B 与铜导线连接端）。冷端参考温度与热电偶信号一道进行控制和测量。热电偶具有大约
10mV/℃~80mV/℃的小信号电平范围和小的源阻抗。配置成差分放大器的单放大器（图5）把信号放大到ADC 输入所需的电平。差分放大器增益为：
AV=xR/R
其中x 是电阻比，它决定增益。差分配置有助于抑制热电偶线的共模拾取。放大器应具有低失调电压和低失调电压漂移。
信号调理系统的最后级——ADC
信号调理系统的基本目标是尽可能快速、完整和便宜地把模拟传感器数据变换为数字形式，此任务就落在ADC 身上。所用ADC 的类型由一系列参数决定。这包括所需的分辨率（位数）、速度（数据吞吐率）、ac 或dc 信号输入、精度（dc 和
ac ）、等待时间（取样周期开始和第一个有效数字输出之间的时间）和电源电平。在输出端（接口到微控制器或数字信号处理器）的重要参数包括串行或并行、处理器的输入电压电平、有效的电源电压和功耗考虑。
大多数信号调理应用采用逐次逼近（SAR ）或积分型ADC 。这两种ADC 能很好地处理dc 信号，而SAR 型ADC 对快速ac 信号能提供更好的支持。SAR 转换器是所有ADC 中最通用的，这种转换器把高分辨率（高达16位）和高吞吐能力结合在一起。
积分ADC 具有长操作时间，这是因为所用转换方法的原因，但通过信号平均使其具有噪音低的特点。对于中频ac 信号，D-S 转换器是最好的选择，因为它们具有高分辨率和高精度。D-S 转换器分辨率高达24位，但以降低速度为代价，其等待时间非常长。其他两类ADC —流水线和分段ADC 是高速器件，非常适合用于转换高频ac 信号。
压力变送器关键技术参数
一、压力传感器
能感受规定的被测量流体压强值，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。当输出为规定的标准信号时，则一般称压力变送器。
二、压力类型
绝对压力：参照压力为真空时所测量的压力值为绝对压，通常简称绝压。
表 压：参照压力为当地的大气压力时，所测量的压力值为表压。表压力为正时简称压力，表压力为负时称负压力或真空度。负压力的绝对值越大，即绝对压力越小，则真空度越大。
差 压：传感器或变送器两端都感受到被测压力时，两端压力之差称差压。
三、压力传感器的特性参数
测量范围：在允许误差限内被测量值的范围称为测量范围。
上 限 值：测量范围的最高值称为测量范围的上限值。
下 限 值：测量范围的最低值称为测量范围的下限值。
量 程：测量范围的上限值和下限值的代数差就是量程。
精 度：被测量的测量结果与真值间的一致程度。
非 线 性：
重 复 性：相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。
蠕 变：当被测量及其所有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。 迟 滞：在规定的范围内，当被测量值增加或减少时，输出中出现的最大差值。 激 励：为使传感器正常工作而施加的外部能量。一般是电压或电流。施加的电压或电流不同，传感器的输出值等参数也不同，所以有的参数，如零点输出，上限值输出、漂移等参数要在规定的激励条件下测量。
零点漂移：零点漂移是指在规定的时间间隔及标准条件下，零点输出值的变化。由于周围环境温度变化引起的零点漂移称为热零点漂移。
过 载：通常是指能够加在传感器或变送器上不致引起性能永久性变化的被测量的最大值。
稳 定 性：传感器或变送器在规定的条件下储存、试验或使用，经历规定的时间后，仍能保持原来特性参数的能力。
可 靠 性：指传感器或变送器在规定的条件下和规定的时间内完成所需功能的能力。
工作温度：指变送器能够达到各项技术指标和功能的环境温度范围。
储存温度：指变送器在不加电工作状态下的长期储存不损坏的温度范围。 传感器信号调理电路
信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH 、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC ）的输入。然后，ADC 对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC 。ADC 应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。
传感器信号调理电路
传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器（RTD ）、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH 电极；用于光电子测量光强的PIN 光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源（电压或电流源），而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD 、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN 二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标：
·源阻抗
——高的源阻抗大于100K Ω
——低的源阻抗小于100Ω
·输出信号电平
——高信号电平大于500mV 满标
——低信号电平大于100mV 满标
·动态范围
在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。 放大器功用
放大器除提供dc 信号增益外，还缓冲和定标送到ADC 之前的传感器输入。放大器
有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC 。关键因素包括放大器和ADC 之间的连接距离，电容负载效应和ADC 的输入阻抗。
选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH 电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH 传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS 输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积（GBP ）是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。
传感器和放大器匹配电路
PH电极缓冲器
高阻抗PH 传感器可与具有低功率电路（仅需要2个1.5V 电池供电）的放大器配对。放大器MOS 输入晶体管为传感器提供高阻抗，传感器输出阻抗为1MW 或更大。此放大器的输入偏置电流小于1pA ，所以，放大器工作消耗非常小的电流。放大器的失调电压小于1mV 。放大器提供轨到轨工作并具有高驱动能力，能在长线上发送信号（放大器远离ADC 的情况）。在电路中增加了一个精密温度传感器，可以测量PH 传感器的温度。这使得具有精确的PH 温度补偿值。
完整的传感器桥接口
·测量应变片传感器通常要通过桥网络，应变片构成桥的两个（或4个）臂。应变片是低源阻抗器件，其输出信号范围是小的（几百微伏~几毫伏）。图3所示的电路能为精确测量传感器信号提供测量桥稳定激励电压和高共模电压抑制（CMR ），消除了任何共模电压。用高精度和非常低漂移（随温度）的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比（CMRR ），所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压（VOS ）漂移（也称之为失调电压温度系数TCVOS ）和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。放大器A1~A4连接成仪表放大器以达到上述目标。这种配置的电压增益（AV ）为：AV=（1+2R2/bR2）（aR1/R1），其中a 和b 是确定总增益的比值。
辐射分析仪通道
辐射谱测量来自辐射源的发射能量的分布，辐射源可以是粒子，X 射线或γ射线。辐射照到闪光晶体上并发射强度正比于能量的短脉冲。然后由PIN 光电二极管把光转换为电流。放大器（见图4）用做首置放大器和PIN 光电二极管输出的电流/电压
转换器。此电路为用于基本辐射谱的单通道分析仪。信号的脉冲幅度包含重要信息，所以低输入失调电压和低失调电压漂移是重要的。宽带宽为处理脉冲（可窄到几纳秒）提供快速响应。首置放大器输出（VOUT ）到脉冲幅度分析仪（如快速ADC ）来测量和储存每个峰值发生的数。分布是单个源的光谱。反馈电阻R1值取决于来自PIN 光电二极管的最大电流和到ADC 的最大输出电压。因此，R1=（MaxVOUT ）/（MaxISIGNAL ）。电容C1用于PIN 光电二极管寄生电容的补偿。R2和C2相当于R1和C1用于补偿放大器非倒相输入的输入偏置电流。
热电耦接口电路
热电偶根据两个不同金属线结点之间的温度差提供电压信号。热电偶温度传感器具有一个感测端（金属A/金属B 连接端）和一个参考端（金属A 和金属B 与铜导线连接端）。冷端参考温度与热电偶信号一道进行控制和测量。热电偶具有大约
10mV/℃~80mV/℃的小信号电平范围和小的源阻抗。配置成差分放大器的单放大器（图5）把信号放大到ADC 输入所需的电平。差分放大器增益为：
AV=xR/R
其中x 是电阻比，它决定增益。差分配置有助于抑制热电偶线的共模拾取。放大器应具有低失调电压和低失调电压漂移。
信号调理系统的最后级——ADC
信号调理系统的基本目标是尽可能快速、完整和便宜地把模拟传感器数据变换为数字形式，此任务就落在ADC 身上。所用ADC 的类型由一系列参数决定。这包括所需的分辨率（位数）、速度（数据吞吐率）、ac 或dc 信号输入、精度（dc 和
ac ）、等待时间（取样周期开始和第一个有效数字输出之间的时间）和电源电平。在输出端（接口到微控制器或数字信号处理器）的重要参数包括串行或并行、处理器的输入电压电平、有效的电源电压和功耗考虑。
大多数信号调理应用采用逐次逼近（SAR ）或积分型ADC 。这两种ADC 能很好地处理dc 信号，而SAR 型ADC 对快速ac 信号能提供更好的支持。SAR 转换器是所有ADC 中最通用的，这种转换器把高分辨率（高达16位）和高吞吐能力结合在一起。
积分ADC 具有长操作时间，这是因为所用转换方法的原因，但通过信号平均使其具有噪音低的特点。对于中频ac 信号，D-S 转换器是最好的选择，因为它们具有高分辨率和高精度。D-S 转换器分辨率高达24位，但以降低速度为代价，其等待时间非常长。其他两类ADC —流水线和分段ADC 是高速器件，非常适合用于转换高频ac 信号。