2025
电位传送器信号转化过程是怎样完成的
河南星辰科技实业有限公司
技术部：张萍萍
电位传送器的核心功能是将微弱电位信号（如mV级电压）转换为标准化信
号（如4-20mA电流或数字信号），其信号转化过程可分为以下关键步骤，结合
技术原理与实际应用场景展开说明：
1.信号采集与输入调理
（1）微弱信号采集
输入信号类型：
电位传送器接收来自传感器的微弱电位信号，例如：
阴极保护电位（-0.8V至-1.5V）
pH传感器输出（0mV至±1400mV）
腐蚀监测电位差（mV级）
高阻抗输入设计：
输入端采用高阻抗（≥10MΩ）设计，避免对被测信号造成负载效应。
类比：如同用高精度电子秤称量轻质物体，秤盘需足够轻便以避免影响测量结果。
（2）信号放大与滤波
放大电路：
通过运算放大器（Op-Amp）将微弱信号放大至适合处理的幅度（如mV→V级）。
示例：输入50mV信号放大10倍后输出500mV。
滤波处理：
采用低通滤波器消除高频噪声（如电磁干扰），提高信噪比（SNR）。
类比：如同用滤网过滤水中的杂质，保留纯净信号。
（3）线性化处理
非线性补偿：
部分传感器（如热电偶）输出与物理量呈非线性关系，需通过查表法或多项式拟
合实现线性化。
示例：若传感器输出电压与温度的关系为曲线，通过线性化处理后，输出电压与
温度呈严格线性关系。
2.信号转换与标准化
（1）模拟信号转换（4-20mA电流信号）
电压-电流转换：
将调理后的电压信号（如0-5V）转换为4-20mA电流信号。
4mA对应输入信号的最小值（如-1.5V）
20mA对应最大值（如-0.8V）
优势：
抗干扰能力强，适合长距离传输（数百米至数公里）。
4mA零点可检测断线故障（如电流为0mA时触发报警）。
（2）数字信号转换（RS485/ModbusRTU）
模数转换（ADC）：
内置ADC将模拟信号转换为数字信号（如16位分辨率，范围0-65535）。
示例：输入0-5V对应数字值0-65535。
数字协议封装：
通过ModbusRTU协议将数字信号封装为标准报文，支持多设备组网。
优势：
支持双向通信，可远程配置参数。
抗干扰能力强，适合复杂工业环境。
（3）HART协议信号叠加
模拟与数字信号共存：
在4-20mA信号上叠加FSK数字信号，实现双向通信。
优势：
兼容传统模拟系统，同时支持数字诊断。
可读取设备状态、校准参数等信息。
3.电气隔离与安全传输
（1）隔离目的
阻断地电位差：
不同设备接地电位可能相差数百伏，直接连接会导致电流倒灌，损坏设备。
抑制电磁干扰：
高压侧的噪声可能耦合至低压侧，影响信号精度。
（2）隔离方式
光电隔离：
通过LED与光敏三极管实现信号传输，隔离电压≥2.5kV。
优点：响应速度快，成本低。
磁隔离：
利用变压器或磁耦合器传输信号，隔离电压更高（如5kV）。
优点：抗干扰能力强，适用于高压环境。
电容隔离：
通过电容耦合实现信号传输，兼具高速与高隔离性能。
优点：体积小，适用于高密度集成。
（3）隔离效果
输入与输出信号在电气上完全独立，仅通过光、磁或电场传递信息。
类比：如同用光纤传输信号，光信号在光纤中独立传播，不受外界干扰。
4.信号输出与系统集成
（1）模拟信号输出
4-20mA电流信号：
直接接入PLC、DCS等系统的模拟输入模块。
0-10V电压信号：
适用于短距离传输，但需注意抗干扰设计。
（2）数字信号输出
RS485/ModbusRTU：
通过总线连接多个设备，实现集中监控。
示例：一个RS485总线可连接32个电位传送器。
无线传输（