变送器是自动控制系统的检测环节，它将被控变量，如温度、压力、流量、液位、成分等转换成统一标准的模拟信号或数字信号，输出至控制器或计算机控制装置。
变送器通常按被测参数分类，主要有：差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流量变送器等。
变送器的理想输入输出关系式和特性分别如式(3.1)和图3.1所示。
图3-1 变送器的理想输入输出特性
式中 x为变送器的输入信号；y为相对应于x时变送器的输出；xma、xmin为变送器测量范围的上限值和下限值； ymax、ymin为变送器输出信号的上限值和下限值。
1．变送器的构成原理
（1）模拟式变送器的构成原理
模拟式变送器由测量部分、放大器、反馈部分以及零点调整和零点迁移环节组成，其构成原理如图3.2 所示。
由图3.2可以求得整个变送器的输入输出关系为
式中为测量部分的转换系数；
为放大器的放大系数；
为反馈部分的反馈系数。
当满足>>1的条件时，可得
式(3.2)和式(3.3)是对变送器特性进行分析的主要依据，前者用于对变送器特性的深入研究，后者简明地体现了变送器输出与输入之间的静态关系。
（2）智能式变送器的构成原理
智能式变送器由以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系统程序、功能模块构成的软件二大部分组成。
（3）变送器的共性问题
1) 变送器的调整
变送器在使用之前，须进行量程和零点的检验或调整。
量程调整的目的，是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应，如图3.3所示。实现量程调整的方法，对于模拟式变送器，通常是改变反馈部分的反馈系数，
愈大，量程愈大；反之
愈小，量程愈小。有些模拟式变送器还可以通过改变测量部分转换系数
来调整量程。对于数字式变送器，量程调整一般是通过组态实现的。
零点调整的目的，是使变送器的输出信号下限值ymin 与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整；在xmin≠0时，称为零点迁移，xmin＞0为正迁移，xmin＜0为负迁移，如图3.4所示。零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送器，是通过改变加在放大器输入端上的调零信
号z0的大小来实现；对于智能式变送器，也是通过组态来完成的。
进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。
图3.3 变送器量程调整前
2) 变送器的线性化
变送器线性化的目的，是克服传感器的非线性影响，使变送器的输出信号y与被测参数x之间呈线性关系，即进行传感器的非线性补偿。
对于模拟式变送器，非线性补偿方法通常有如下两种，其补偿原理如图3.5所示：
①使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性；
②使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性。
对于智能式变送器来说，通过软件实现非线性补偿。
3) 变送器的信号传输方式
①二线制
所谓“二线制”是用二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，如图3.6所示，这类变送器称为二线制变送器。它具有节省连接电缆、有利于安全防爆、抗干扰和降低安装费用等优点。但二线制变送器必须在工作电流I、输出端电压UT和最小有效功率P三个方面满足规定的要求。
②HART传输方式
图3.6 二线制变送器
HART传输方式是在一条电缆上同时传输4～20mADC的模拟信号和数字信号，如图3.7所示。即在4～20mADC基础上叠加幅度为±0.5mA的正弦调制波作为数字信号，频率1200 Hz代表逻辑 “1”， 2200 Hz 代表逻辑 “0”，其传送速率为1200 bit/s。
图3.7 HART传输信号
HART传输方式是基于HART通信协议的，HART通信协议由物理层、数据链路层和应用层构成。
HART协议通信方式由微处理器、数模转换器AD421、HART通信模块、波形整形电路和带通滤波器组成的电路实现。
③现场总线通信方式
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的国际标准由8种类型现场总线组成，各种类型现场总线的通信协议尽管不同的，但都是由物理层、链路层和应用层以及通信媒体共同构成。
现场总线通信方式由微处理器CPU、通信控制单元和媒体访问单元MPU组成的电路实现。
2．差压变送器
差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准统一信号或数字信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。
按照检测元件分类，差压变送器有很多种，例如膜盒式、电容式和扩散硅式差压变送器以及具有广阔使用前景的智能式差压变送器等。
（1）膜盒式差压变送器
膜盒式差压变送器是基于力矩平衡原理工作的，它由测量部分、杠杆系统、放大器和反馈机构组成，如图3.8所示，其检测元件采用膜盒或膜片。
图3-8 膜盒式差压变送器构成框图
被测差压信号ΔP经测量部分转换成相应的输入力Fi，Fi与反馈机构输出的反馈力Ff一起作用于杠杆系统，使杠杆产生微小的位移，再经放大器转换成标准统一信号输出。当输入力与反馈力对杠杆系统所产生的力矩达到平衡时，杠杆系统便达到稳定状态，此时变送器的输出信号y反映了被测差压ΔP的大小。
（2）电容式差压变送器
电容式差压变送器是基于差动测量原理工作的，检测元件采用电容式压力传感器。
电容式压力传感器是测量部分的核心，它由中心感压膜片（即差动电容的可动电极）与正、负压侧弧形电极（即差动电容的固定电极）等组成，如图3.9所示。中心感压膜片和正压侧弧形电极构成的电容为Ci1，和负压侧弧形电极构成的电容为Ci2。
图3.9电容式压力传感器原理
当ΔP =0时，感压膜片与两边弧形电极之间的距离相等，即S1=S2=S0，此时Ci1= Ci2=15pF。在ΔP＞0时，Ci1的电容量减小，Ci2的电容量增大。设感压膜片在ΔP作用下产生位移δ，则
S1=S0+δ S2=S0－δ
若不考虑边缘电场影响，感压膜片与两边弧形电极构成的Ci1和Ci2可近似地看成是平板电容器，其电容量可分别表示为
上两式中，ε为介电常数，A为弧形电极的面积。若取两电容量之差与两电容量之和的比值，即差动电容的相对变化值，则有
差动电容的相对变化值经过电容／电流转换电路成比例地转换为差动信号Id，并实现非线性补偿功能。Id经放大部分放大并转换成4～20mA的直流输出电流。放大部分包括电流放大电路、零点调整与零点迁移电路、输出限幅电路及阻尼调整电路，还实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能。
（3）扩散硅式差压变送器
扩散硅式差压变送器的的检测元件采用扩散硅压阻传感器。
扩散硅压阻传感器通常是在硅膜片上用离子注入和激光修正方法形成4个阻值相等的扩散电阻，应用中将其接成惠斯顿电桥形式，如图3.10所示。单晶硅具有材质纯、功耗小、滞后和蠕变小、机械稳定性好等优点，但是扩散电阻存在温度效应，环境温度的变化将引起零位、满度、应力灵敏度的变化。因此必须采取补偿措施，使得温度影响减至最小。
图3.10扩散硅压阻传感器原理
扩散硅压阻传感器基于双差动测量原理工作的，即在输入差压增大时，两个扩散电阻(R1和R3)的阻值增大，
两个扩散电阻(R2和R4)的阻值减小，参见图3.10。若ΔP =0时， R1 = R2 =R3 = R4；且扩散电阻的变化量相等，即，则扩散硅压阻传感器的输出电压Us为
（3.6）
式中 IS为桥路的工作电流。
Us经放大部分放大并转换成4～20mA的整机的输出信号Io，放大部分还实现量程调整、零点调整和输出限幅功能。
（4）智能式差压变送器
目前实际应用的智能式差压变送器种类较多，结构各有差异，但从总体结构上看是相似的。中控公司的1151智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器基础上开发的一种智能式变送器，这些变送器均采用HART协议通信方式。
智能式差压变送器的软件还提供各种功能，以提高变送器的精度和性能，如非线性补偿、温度补偿、量程转换、工程单位转换、线性／平方根输出的选定、数字阻尼、通信报警等等。
智能式差压变送器通常还备有手持通信器（即数据设定器），用于对变送器进行调整、设定、组态或读取变送器输出数据的。
3．温度变送器
温度变送器与测温元件配合使用，将温度或温差信号转换成为统一标准信号或数字信号，以实现对温度（温差）参数显示、记录或自动控制。温度变送器还可以作为直流毫伏变送器或电阻变送器使用，实现对其它工艺参数的测量。
温度变送器可分为模拟式温度变送器和智能式温度变送器两大类。在结构上，温度变送器有测温元件和变送器连成一个整体的一体化结构，也有测温元件另配的分体式结构。
模拟式温度变送器有两种形式：一种是输出信号与温度之间呈线性关系；另一种是输出信号与与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈线性关系。两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿环节。智能式温度变送器输出信号与温度之间总是呈线性关系。
温度变送器接受热电偶信号时，必须考虑热电偶冷端补偿问题；接受热电阻信号时，必须考虑导线电阻的补偿问题。
（1）典型模拟式温度变送器
典型模拟式温度变送器由输入回路、放大器和反馈回路组成，如图3.11所示。
典型模拟式温度变送器是气动和电动单元组合仪表变送单元的主要品种，都经历了从Ⅰ型到Ⅱ型、再到ІІІ型的发展过程。 检测元件把被测温度Ti或其他工艺参数X转换为变送器的输入信号Xi（Et、Rt或Ei），送入变送器。Xi经输入回路变换成直流毫伏信号Ui后，Ui与调零信号UZ的代数和同反馈信号Uf进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号Io。气动温度变送器还需将放大器的输出电流信号I0经仪表内的电/气转换器转换成20～100kPa的气压信号。
DDZ―ІІІ型温度变送器的输入回路随所接受的信号类型而改变：接受直流毫伏信号时，为由稳压管、电阻和电位器组成的电路；接受热电偶信号时，增加了热电偶冷端补偿电路，补偿电路由3个精密稳定电阻和2个铜线绕电阻构成，不同型号的热电偶只需改变其中2个精密稳定电阻的阻值；接受热电阻信号时，增加了线性化电路和导线电阻补偿电路，线性化电路采用正反馈方法使流过热电阻的电流随被测温度增大而增大，从而实现非线性补偿，导线电阻补偿采用三线制接法。放大器由低漂移型高增益运算放大器、起着放大和调制作用的功率放大器和将变送器输出信号和输入信号之间进行隔离的隔离输出电路组成。在接受直流毫伏信号和接受热电阻信号时，反馈回路由电阻和电位器组成的电路构成；在接受热电偶信号时，反馈回路增加了实现非线性补偿的线性化电路，线性化电路实际上是一个折线电路。
DDZ―ІІІ型温度变送器属安全火花型防爆仪表，采用四线制的连接方式。因此在变送器的构成上，除了输入部分、放大器和反馈部分之外，还增加了为其他部分进行隔离式供电的直流／交流／直流变换器部分，以满足防爆仪表的要求。
（2）一体化温度变送器
所谓一体化温度变送器是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器，它直接安装在被测温度的工艺设备上，具有体积小、重量轻、现场安装方便、以及输出信号抗干扰能力强、便于远距离传输等优点。
一体化温度变送器，由测温元件和变送器模块两部分构成，如图3.12所示。变送器模块把测温元件的输出信号Et或Rt转换成为统一标准信号，其大多数以一片专用变送器芯片为主，外接少量元器件构成，常用的变送器芯片有AD693、XTR101、
XTR103、IXR100等。变送器模块也有由通用的运算放大器构成或采用微处理器构成的。
AD693是一种可以直接接受0～100mVDC输入信号并转换成4～20mA或其他范围直流输出电流的专用变送器芯片。它主要由信号放大器、U／I变换器、基准电压源和辅助放大器构成，通过外接电阻可以调整放大器的放大倍数，辅助放大器可以灵活使用。
直流不平衡电桥是一种便于与各种热电偶、热电阻配合使用，并实现热电偶冷端温度补偿、热电阻导线补偿和变送器零点调整、零点迁移的电路，如图3.13所示。
图中，US 、IS 分别为电桥的供电电压和电流； W3为电桥电流的调整电位器；W1为调零和零迁电位器；r为连接热电阻的导线电阻值；RCu用以冷端温度补偿，其值需根据热电偶的类型计算得出；与热电偶配用时输出电压Ui为
（3）智能式温度变送器
智能式温度变送器的特点为通用性强、使用方便灵活、补偿功能齐全、具有通信功能和自诊断功能等，某些智能式温度变送器还具有控制功能。
TT302温度变送器是一种符合FF通信协议的现场总线智能仪表，它可以与各种热电阻（Cu10、Ni120、Pt50、Pt100、Pt500）或热电偶（B、E、J、K、N、R、S、T、L、U）配合使用测量温度，也可以使用其它具有电阻或毫伏(mV)输出的传感器，如负载传感器、电阻位置指示器等测量其它参数。具有量程范围宽、精度高、抗干扰能力强、重量轻以及安装维护方便等优点。