模擬變送器和數(shù)字 變送器 — 兩全其美

我們生活在一個(gè)模擬世界。事實(shí)上，絕大多數(shù)感測(cè)技術(shù)都源起于模擬世界，想要獲取的信息都屬于連續(xù)變量或參數(shù)。傳統(tǒng)上，來(lái)自傳感器元件的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、補(bǔ)償和線(xiàn)性化以適應(yīng)變送器所連接的系統(tǒng), 全部模擬域內(nèi)完成。自20世紀(jì)90年代起，傳感器和變送器都開(kāi)始從純模擬工作方式轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸協(xié)議、信號(hào)處理和接口。如今，這種遷移已經(jīng)達(dá)到高潮。產(chǎn)品跨越模擬/數(shù)字分界線(xiàn)的速度因行業(yè)而異，但數(shù)字技術(shù)如今在許多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)全面盛行。但這不意味著模擬變送器行業(yè)將萎縮消亡。仍有眾多應(yīng)用領(lǐng)域—諸如高EMI/RFI環(huán)境或傳統(tǒng)模擬系統(tǒng) — 其中模擬變送器的優(yōu)勢(shì)一直超過(guò)數(shù)字變送方式。

一款同時(shí)推出模擬版和數(shù)字版的壓力變送器
模擬 —連續(xù)可變輸出
模擬和數(shù)字變送器從技術(shù)、接口、輸出信號(hào)和用于描述和規(guī)定其運(yùn)行方式的術(shù)語(yǔ)方面都分屬兩個(gè)
不同世界。TE Connectivity (TE) 開(kāi)發(fā)的這款M3200壓力變送器提供了模擬或數(shù)字配置版本。
這兩個(gè)版本共享以下特色：
能在系統(tǒng)、管道或貯槽內(nèi)的氣體或液體當(dāng)中執(zhí)行相同的基本壓力測(cè)量和報(bào)告功能
在機(jī)械上具有一致性并可以互換
采用相同的撓性隔膜、硅應(yīng)變計(jì)技術(shù)以及惠斯特電橋，將所受壓力轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)
由傳感器電子線(xiàn)路將模擬信號(hào)數(shù)字化以供后續(xù)處理
但類(lèi)似之處至此為止了。模擬與數(shù)字變送器的差異在于，不僅在功能上不同，而且在能力和優(yōu)
點(diǎn)上不同。

模擬 —連續(xù)可變輸出
模擬和數(shù)字變送器從技術(shù)、接口、輸出信號(hào)和用于描述和規(guī)定其運(yùn)行方式的術(shù)語(yǔ)方面都分屬兩個(gè)
不同世界。TE Connectivity (TE) 開(kāi)發(fā)的這款M3200壓力變送器提供了模擬或數(shù)字配置版本。

這兩個(gè)版本共享以下特色：
能在系統(tǒng)、管道或貯槽內(nèi)的氣體或液體當(dāng)中執(zhí)行相同的基本壓力測(cè)量和報(bào)告功能
在機(jī)械上具有一致性并可以互換
采用相同的撓性隔膜、硅應(yīng)變計(jì)技術(shù)以及惠斯特電橋，將所受壓力轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)
由傳感器電子線(xiàn)路將模擬信號(hào)數(shù)字化以供后續(xù)處理但類(lèi)似之處至此為止了。模擬與數(shù)字變送器的差異在于，不僅在功能上不同，而且在能力和優(yōu)點(diǎn)上不同。
在變送器模擬版本當(dāng)中，來(lái)自?xún)?nèi)部模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）的數(shù)字信號(hào)可以用若干種方式進(jìn)行調(diào)整。這里將適用各種校準(zhǔn)系
數(shù)以確保傳感器滿(mǎn)足度規(guī)格。隨后采用溫度校正系數(shù)來(lái)調(diào)整信號(hào)并針對(duì)環(huán)境溫度做出補(bǔ)償。后，將零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程校準(zhǔn)添加進(jìn)來(lái)，將輸出信號(hào)置入變送器部件編號(hào)所規(guī)定的預(yù)想范圍內(nèi)。結(jié)果隨后由一個(gè)內(nèi)部數(shù)字模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)單位增益緩沖器，再送出至輸出引腳。這個(gè)輸出信號(hào)為連續(xù)變化信號(hào)，就像施加在傳感器上的壓力一樣。在傳統(tǒng)技術(shù)中，諸如粘貼箔式應(yīng)變計(jì)，信號(hào)在傳統(tǒng)上會(huì)使用安裝在電路板上的電阻器進(jìn)行修整，修整以對(duì)感測(cè)元件隨壓力和溫度的特性描述為依據(jù)。隨著微處理器和集成電路（ASIC）的功能增強(qiáng)和體積減小，其中許多已經(jīng)集成到了壓力變送器之內(nèi)。這樣形成了更出色的精度、更小的形狀系數(shù)，并在某些情況下降低了成本。

數(shù)字-用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的1和0輸出
在變送器的數(shù)字版本當(dāng)中，數(shù)字信號(hào)處理核心操縱數(shù)據(jù)，在其中應(yīng)用各種補(bǔ)償和校正。這個(gè)經(jīng)加工處理的數(shù)據(jù)隨后存儲(chǔ)在寄
存器內(nèi)，待隨后發(fā)送給系統(tǒng)。傳感器和變送器為常用的數(shù)字傳輸協(xié)議為集成電路總線(xiàn)（IIC或I 2 C）。這種通信技術(shù)的設(shè)計(jì)方
式是，在系統(tǒng)主控制器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求之前，變送器不執(zhí)行壓力讀取或報(bào)告操作。由于對(duì)壓力數(shù)據(jù)的需要是間歇性的，傳感器就可以在數(shù)據(jù)請(qǐng)求之間進(jìn)入“休眠”（一種非常低功耗的模式）。這點(diǎn)有助于節(jié)省系統(tǒng)能量，對(duì)于電源供電型和無(wú)線(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，這都是一項(xiàng)重要能力。
幾乎所有TE的數(shù)字傳感器產(chǎn)品都會(huì)在傳感器處采集溫度讀數(shù)。取得這項(xiàng)溫度信息有著重要意義。這項(xiàng)信息將用于補(bǔ)償壓力信號(hào)以提供更高度。變送器數(shù)字化這項(xiàng)溫度數(shù)據(jù)并在補(bǔ)償中應(yīng)用，再將此項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)，可隨壓力數(shù)據(jù)一同訪(fǎng)問(wèn)。
其結(jié)果是只用單個(gè)變送器就能獲得2種傳感器讀數(shù)。此項(xiàng)數(shù)字化數(shù)據(jù)以16進(jìn)制格式存儲(chǔ)和傳輸以求效率，但是為了清晰起見(jiàn)，
數(shù)據(jù)表和圖形采用了10進(jìn)制（計(jì)數(shù)）來(lái)顯示這些數(shù)據(jù)
許多TE變送器，包括M3200壓力變送器，都采用惠斯特電橋元件來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度。這種測(cè)量技術(shù)為壓力讀數(shù)補(bǔ)償提供了的數(shù)據(jù)。還提供了給變送器施加壓力介質(zhì)溫度的良好指征。

模擬傳感器應(yīng)用案例
而一項(xiàng)常用于克服這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)是采用大電流、低阻抗傳輸方式，這種方式能夠免受這些噪聲源干擾。而4-20  mA電流回
路就設(shè)計(jì)用于提供方面的能力。在變送器處，壓力信號(hào)用于控制傳感器從位于控制器處電源當(dāng)中抽取的電流量。對(duì)于零信號(hào)電平，變送器抽取4 mA電流。對(duì)于高信號(hào)電平，變送器制取20 mA電流。對(duì)于處在這兩個(gè)限值之間的任何信號(hào)，電流抽取量
將是一個(gè)與信號(hào)電平成比率的數(shù)值。而這個(gè)方法當(dāng)中所涉及的一切都屬于模擬技術(shù)。這是一種消除EMI/RFI/ESD造成問(wèn)題的*方式。M3200壓力變送器可提供有12種不同壓力量程的模擬4-20mA版本。
有些應(yīng)用有著*的條件，這些條件必須在決定選用模擬或數(shù)字
變送器時(shí)予以考慮。一家煉油廠用于監(jiān)測(cè)化學(xué)過(guò)程壓力的變送器
就是一個(gè)很好的例子。由于這家煉油廠的設(shè)計(jì)方式，有時(shí)候壓
力變送器必須設(shè)在距與其相連控制系統(tǒng)數(shù)百英尺之外—這就要求
采用長(zhǎng)程電纜線(xiàn)路進(jìn)行連接。這些電纜線(xiàn)路形成了效果良好的天
線(xiàn)，能夠從鄰近電纜和設(shè)備拾取到電磁干擾（EMI）/無(wú)線(xiàn)頻率
干擾（RFI）/靜電放電（ESD）信號(hào)。然而，電氣“噪聲”有可
能過(guò)于強(qiáng)大，會(huì)扭曲或破壞電纜內(nèi)的高阻抗模擬信號(hào) 。

數(shù)字傳感器應(yīng)用案例

當(dāng)前有一個(gè)工業(yè)壓力傳感器新市場(chǎng)正在興起，就是所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT或簡(jiǎn)短稱(chēng)為工業(yè)4.0）。其基本理念是在工廠當(dāng)中

安裝能夠監(jiān)測(cè)制造過(guò)程每一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的傳感器和變送器。所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至中央計(jì)算機(jī)，或發(fā)送至云，并在其中執(zhí)行分析，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。所有這些都在數(shù)字域內(nèi)完成，以提高通信、分析和存儲(chǔ)效率。這里采用能夠以數(shù)字格式提供信號(hào)的變送器就是合理的。這樣可以降低系統(tǒng)成本，變送器與控制電子線(xiàn)路接口也更加方便。

無(wú)論您的應(yīng)用工作在模擬世界或數(shù)字世界，能夠提供可在任一種類(lèi)型應(yīng)用下工作的傳感器和變送器對(duì)于這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來(lái)
說(shuō)都提供了巨大的靈活性。M3200壓力變送器的模擬和數(shù)字版本都提供了相同的測(cè)量壓力并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制系統(tǒng)的基本功
能。而擁有以模擬或數(shù)字格式發(fā)送數(shù)據(jù)的選擇權(quán)能夠確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有效、且成本低。您的任何設(shè)計(jì)需求都能達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。