在现代测力系统中,精确获取力的信息是众多工业生产、科研实验的基础,而变送器在这一过程中扮演着信号转换核心的重要角色。它能够将传感器输出的物理量信号,转化为便于传输、处理和分析的电信号,是连接测量现场与控制系统的关键枢纽。
测力传感器,无论是应变式、压电式还是压阻式,在受力时会产生相应的物理量变化,如应变片的电阻变化、压电晶体的电荷变化等。但这些原始信号往往难以直接被后续的测量设备和控制系统所识别和处理。例如,应变式测力传感器在承受力时,应变片电阻的变化通常非常微小,可能仅为几欧姆甚至更小的量级。此时,变送器就发挥其信号转换的关键作用,将这些微小的物理量变化转换为标准的电信号输出。以基于惠斯通电桥原理的应变式变送器为例,它将应变片接入电桥电路,当应变片电阻发生变化时,电桥失去平衡,产生微弱的电压信号。经过变送器内部电路的进一步处理,将这一微弱电压信号转换为常见的标准电信号,如 4 - 20mA 电流信号或 0 - 5V 电压信号 。
这种信号转换有着重要意义。首先,标准电信号具有更好的抗干扰能力。在实际的工业现场或复杂的实验环境中,存在着各种电磁干扰、噪声干扰等。相较于传感器输出的原始微弱信号,经过转换后的标准电信号幅值更大,在传输过程中能够更好地抵抗外界干扰,确保信号的准确性。例如在大型工厂的生产线中,周围存在大量的电机、变频器等设备,会产生强烈的电磁干扰。若直接传输传感器的原始信号,很容易受到干扰导致信号失真,而经过变送器转换后的标准电信号,能够更稳定地传输到控制系统,保障测量数据的可靠性。
其次,标准电信号便于长距离传输和信号处理。4 - 20mA 电流信号和 0 - 5V 电压信号是工业领域广泛采用的标准信号,各种测量仪表、控制器等设备都能够直接接收和处理这些信号。这使得传感器与后续设备之间的连接更加方便,系统的集成度更高。而且,电流信号在长距离传输过程中,信号衰减较小,能够满足工业现场中传感器与控制室距离较远的需求。通过将传感器信号转换为标准电信号,后续的信号采集、分析、存储等操作变得更加容易实现,为整个测力系统的稳定运行和数据处理提供了有力支持。
此外,变送器在信号转换过程中,还可以对信号进行初步的调理和补偿。比如,对于一些受温度影响较大的传感器,变送器内部可以集成温度补偿电路,根据环境温度的变化对传感器输出信号进行修正,消除温度因素对测量结果的影响,进一步提高测量的准确性。
变送器在测力过程中信号转换的核心作用不可替代。它通过将传感器的原始信号转换为标准电信号,提升了信号的抗干扰能力、便于长距离传输和处理,并且还能对信号进行优化,为整个测力系统的精准测量和稳定运行奠定了坚实基础。