2025
电位传送器的工作原理
河南星辰科技实业有限公司
技术部：张萍萍
电位传送器是一种用于将微弱电位信号（如电压、电势差等）转换为标准化
信号（如4-20mA电流信号或数字信号）的工业测量设备，其核心功能包括信号
采集、调理、隔离、转换与传输。以下从技术细节和流程角度深入解析其工作原
理：
1.信号采集与输入
输入信号类型：
电位传送器接收来自传感器或被测对象的微弱电位信号，例如：
阴极保护电位（如-0.8V至-1.5V，用于管道防腐监测）
pH传感器输出电压（如0mV至±1400mV，反映溶液酸碱度）
腐蚀监测电位差（mV级，评估金属结构腐蚀速率）
输入接口设计：
输入端采用高阻抗设计（通常≥10MΩ），避免对被测信号造成负载影响，确保信
号不失真。
类比：如同用高精度电子秤称量微小物体，需避免秤盘自身重量干扰测量结果。
2.信号调理与转换
（1）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（如将mV级信
号放大至V级）。
示例：若输入信号为50mV，放大10倍后输出为500mV。
滤波电路：
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，保留纯净的信号成分。
（2）线性化处理
部分传感器（如热电偶）的输出信号与温度呈非线性关系，需通过数学补偿
（如查表法、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非线性曲线，通过线性化处理后，输出
电压与温度呈严格线性关系。
（3）模数转换（数字输出型）
内置ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号（如16位分辨率，范
围0-65535）。
示例：输入电压0-5V对应数字值0-65535，便于数字系统处理。
3.电气隔离技术
（1）隔离目的
阻断输入与输出之间的电气连接，避免：
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。
电磁干扰（EMI）：高压侧的噪声可能耦合至低压侧，影响信号精度。
类比：如同用绝缘手套操作高压电线，保护操作人员安全。
（2）隔离方式
光电隔离：
通过LED与光敏三极管实现信号传输，隔离电压通常≥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），适用于高压环境。
优点：抗干扰能力强，适用于高电压场景。
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
隔离后，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.标准化信号输出
（1）模拟信号输出
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）。
优点：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。
0-10V电压信号：
适用于短距离传输，但易受噪声干扰。
缺点：电压信号在长距离传输中易衰减，需额外补偿。
（2）数字信号输出
RS485/ModbusRTU：
支持多设备组网，传输距离可达1.2km，数据更新速率高。
示例：一个RS485总线可连接32个电位传送器，实现集中监控。
HART协议：
在4-20mA信号上叠加数字信号，实现双向通信。
优点：兼容传统模拟系统，同时支持数字诊断。
无线传输（可选）：
支持LoRa、NB-IoT等无线协议，适用于分布式监测场景。
优点：无需布线，安装便捷，适合偏远地区。