模拟量和传感器

模拟量是各种连续性的测量对象，常见的有压力、温度等。

模拟量传感器就是将测量结果变成信号的专用装置。当信号输出给变频器时，就可供变频器进行信号转换及控制。

变频器通常有2路模拟量输入端口，如下图所示：

应用小窍门：要先根据工艺要求确定*佳的测量原理，再选择传感器，如下表范例：

测量类别范例工艺特征可选传感器类型

压力常规低温气体液体测量压阻式力传感器

陶瓷压力传感器

高压高温高精度测量扩散硅式压力传感器

蓝宝石压力传感器

液位接触式压力式液位传感器

电容式液位传感器

非接触式雷达式液位传感器

超声波式液位传感器

输出信号类型

传感器输出信号常见有0-5V、0-10V、0-20mA、4-20mA共4种。

信号选择小窍门

1、选0/4-20mA为电流型信号，其抗干扰能力强于0-5V/10V的电压型信号。

2、如果系统需要断线检测时，选用4-20mA信号较好——因为信号零点为4mA，而不是0mA，所以可以把断线和零点区分出来。

传感器接线形式

传感器输出通道分为有源和无源两类。

1、输出无源型传感器一般为三线或四线制接线，其输出信号通道与其电源回路是分开的，如下示例：

2、输出有源型传感器一般都是二线制，即其信号回路同时也是传感器电源回路。一般此种传感器为小型探头+变送器一体化的形式，输出常为0-20mA信号，接线较三线、四线更为简单。

注：传感器输出带负载能力是一个重要指标，变频器输入阻抗要与之匹配。

对电压型传感器，变频器输入阻抗不能过小，如图RV输入阻抗为20kΩ，而对电流型传感器，变频器阻抗则不能太大，如图Rc输入阻抗为500Ω，一般都满足能要求，否则将使得传感器信号失去线性，造成输出信号明显失真。

常见问题案例分析

空压机控制器与变频器共用1个电流型压力传感器（4-20mA），压力显示远远偏低。经查发现压力传感器允许负载电阻不能高于750Ω，而实际回路内阻总和已经大于750Ω，从而导致输出信号严重失真。解决办法：在变频器ACI-GND间并联1个500Ω电阻，并调整变频器ACI下限和上限参数。之后压力显示和系统运行正常。

抗干扰措施

传感器一般都是将被测物理量转变为电信号，大部分测量依靠的是间接物理量，如电阻式压力传感器是以片状硅半导体的形变转换为电阻变化，再检测电桥电压信号变化。这些信号都为弱电信号，很容易受物理量偏差或电磁干扰的影响而失真。

常见抗干扰措施具体做法作用

布线信号线远离动力线、不平行于动力线降低或减少强电场作用、降低分布电容和共模干扰。

就近安装/采用双绞线降低共模干扰

屏蔽采用屏蔽线消除干扰源电磁发射造成的干扰

多数为单端接地防止电位差造成电流影响。

隔离传感器电源隔离减少干扰源通过电源传导的干扰

信号隔离（如接入信号调理模块）改善信号传输质量

滤波硬件滤波，变频器内置减少谐波和高频干扰

软件滤波，变频器参数设置通过采样平均中和干扰偏差

信号校验/ 转换精度

线性与非线性处理：当信号输入为线性时，可以采用变频器缺省的模拟量输入曲线定义。

信号校验小窍门

1、对于非线性明显的传感器，尽量选择在其接近线性的量程内进行测量。

2、 有信号零点偏移时：通过设置变频器模拟量通道零点为非零值，可以解决问题。

3、选择模拟量转换精度高的变频器。一般应在12位精度或以上，可以较好地满足PID等控制要求。

模拟量常规用途

正确设计模拟量应用，以实现准确的控制。模拟量检测值可用于以下情况。

•变频器主辅频率给定，可用于主从速度跟随、补偿叠加等。

•变频器PID反馈信号，可用于闭环过程控制。

•用户比较信号：可用于特定用途，如物料断线检测等。

•转换输出：用于变频器模拟量或脉冲量输出，以作为多机链式速度比例同步控制，或用于显示和其他控制。

模拟量特殊用途

•巧用变频器作为信号变换装置：

上位机通过串行通讯读取变频器模拟量值，即可采集到数据。例如某些混凝土搅拌系统，设计成直接把现场变频器作为信号转换装置，减少了工程投资，效果好。

•巧用模拟量输入作为开关量使用：

当开关量输入多于开关量通道的时候，可以实现简便处理。一般需要变频器或上位机编程配合实现。

优化改进妙招

常用妙招，可以提高应用可靠性，改进控制效果。

1、传感器量程：通常取1.5倍于*大被测值。

2、热电偶与热电阻适用性不同：热电偶一般适用于500℃以上的测量，热电阻适用于500℃及以下的场合。

3、安装位置和形式：例1：压力传感器的平衡管路，防止液体直接冲击影响。例2：变风量空调的静压传感器安装位置不可以太近送风机，以防测量受紊流扰动而失真。

4、电流代替电压：如用4-20mA信号代替0-10V信号，更抗干扰。

5、非接触代替接触：如采用角度传感器代替摆杆电位器，提高可靠性和寿命。

6、非机械测量代替机械测量：如采用压阻式压力传感器代替指针式远传压力表，提高可靠性和寿命。

7、安装方向：如张力传感器在张力垂直方向的安装，要优于张力倾斜方向的安装。

模拟量输入应用，涉及到控制系统设计、工艺匹配、产品选型、信号处理、干扰防治、可靠性优化等，是一个全方位综合性的技术实践哟！