传感器和变送器的关系

1. 概述

传感器是“感受器官”，变送器是“大脑和翻译官”，共同完成了从物理量到可用数字信号的完整测量链。

2. 传感器 —— 感知物理世界的“感受器官”

作用：传感器的核心作用是直接感知和转换物理量，负责将作用在其上的、复杂的力/力矩转换为微弱的、与这些力/力矩成比例的电信号（通常是毫伏级电压变化）。

工作原理与结构：

• 核心元件：通常是应变计，粘贴在精心设计的弹性体（如十字梁、平行梁等结构）上。
• 过程：当外力作用于传感器时，弹性体发生微小形变，附着其上的应变计电阻值随之变化。
• 信号生成：多个应变计连接成惠斯通电桥电路，电阻的变化会导致电桥输出微弱的模拟电压信号（mV/V量级）。这个原始信号非常脆弱，且耦合了六个维度的信息。

关键特点：

• 输出：原始模拟信号（模拟电压）。
• 功能：纯粹的物理-电信号转换。
• 信号状态：信号微弱、易受电磁干扰、且信号互相耦合（即原始信号中每个通道的电压都包含了多个力/力矩分量的贡献）。

3. 变送器 —— 信号处理与通信的“大脑和翻译官”

作用：变送器的核心作用是对传感器传来的原始微弱信号进行调理、解耦、数字化和标准化，并将其转换为易于远距离传输、抗干扰能力强、可被上位机（如PLC、工控机、机器人控制器）直接识别和使用的标准信号。

主要功能：

1. 信号放大：将毫伏级的微弱信号放大到伏特级，便于后续处理。
2. 滤波：消除高频噪声和工频干扰，提高信号质量。
3. 解耦：这是力传感器的核心技术，通过内置的耦合矩阵（通常由标定得到），将不同通道的耦合信号进行数学计算，分离出纯净、独立的分量。
4. 数字化：通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
5. 标准化输出：将数字信号封装成标准的通信格式。常见的有：模拟输出（如 ±10V）、数字接口（以太网、串口、现场总线）等
6. 额外功能：
   • 内置数字滤波器：可配置的低通、高通滤波器。
   • 过载保护与状态指示。
   • 提供供电：为传感器的应变电桥提供稳定的激励电压。

关键特点：

• 输出：经过处理的、解耦后的标准数字或模拟信号。
• 功能：信号调理、计算、通信。
• 信号状态：信号强、抗干扰、数据直观（直接为六个维度的力/力矩值）。

4.、关系总结

1. 串联协作关系：这是一个标准的“感知-处理-输出”数据流管道，物理力 → 传感器（感知并转为电信号）→ 变送器（处理并转为标准信号）→ 上位机。
2. 互补依赖关系：
   • 没有传感器，变送器就没有可供处理的原始信号源。
   • 没有变送器，传感器的原始信号过于脆弱和复杂，无法被实际系统可靠使用。
3. 集成化趋势：在现代传感器产品中，两者通常被集成在一个外壳内，形成一个完整的“智能传感器”或“网络化传感器”，用户拿到的是一个可以直接输出数字力/力矩值的整体设备。但在一些大型或特殊设计中，它们也可能是分立的。