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1.传感器和变送器概念
传感器和变送器本来是热工仪表的概念。在热工仪表概念里，传感器有两个含义：①传感器是把非电物理量，如温度、压力、液位、物料、气体特性等，转换成电信号的检测元件；②传感器是把物理量如压力、液位等直接送到变送器的检测装置。例如，有一种锅炉水位计的“差压变送器”，它是将液位传感器里下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧，以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。而变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号加以放大以便转送或启动控制元件；或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。可以看出，在热工仪表概念里传感器和变送器是两个器件。传感器是变送器的前置信号源。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。
随着技术的进步，有些技术词汇的含义有了变化，以至于常常引起不同的解读。传感器和变送器就是这样一个例子。
国家标准GB7665—1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：能够接收规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能够直接感受或响应被测量的部分。由于传感器的输出信号一般很微弱，需要将其调制与放大。转换元件就是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。和以前热工仪表的概念比较，以前的传感器就是现在人们说的传感器中的敏感元件，而以前的变送器就是现在人们说的传感器中的转换元件。
那么什么是变送器？控制系统的发展对输入接口信号制定了信号标准。标准要求：输入电压信号为 0～5V或0～10V直流电压，输入电流信号为4～20mA直流电流。这样，传感器虽然也输出电信号，但并不符合标准信号的要求。因此，又推出了将传感器的非标准电信号转换成标准控制电信号的中间转换装置，这种遵循一个物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转化成4～20mA等标准信号的装置，就叫作变送器。
2.变送器分类
目前变送器的含义有了一些新的变化，根据新的理解，变送器有3种不同的含义。
1）物理量变送器
随着集成技术的发展，人们将传感器和传感器电路、变送器电路及电源等电路也一起装在传感器内部，构成一个整体装置。这样，传感器就可以输出便于处理、传输的可用信号。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称这个整体装置为变送器，如温度/湿度变送器、压力变送器、差压变送器、液位变送器、流量变送器、重量变送器等。
物理量变送器是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通信协议方式输出的设备。
2）电量变送器
电量变送器是一种将被测电量参数（如电流、电压、功率、频率、功率因数等信号）转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。它又分为电压变送器和电流变送器两类。
（1）电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。它分为交流电压变送器和直流电压变送器两种。交流电压变送器是一种能将被测交流电流（交流电压）转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，广泛应用于各种电气装置、自动控制以及调度系统。直流电压变送器是一种能将被测直流电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，也广泛应用于工业自动控制需要电量隔离测控的行业。
（2）电流变送器是直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC 4～20mA（通过250Ω电阻转换DC 1～5V或通过500Ω电阻转换DC 2～10V）恒流环标准信号。
3）智能式变送器
智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结合而构成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。
微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，所以它可以完成传统变送器难以完成的任务。智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有如下特点。
（1）具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。可诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并做出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。
（2）具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和控制。可以进行信息存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等。
（3）具有数字量接口输出功能，可以将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。
电量变送器是一种隔离变送器。隔离就是指破坏干扰途径、切断干扰耦合通道，从而达到抑制干扰的一种技术措施。常用的隔离方法有：电磁隔离、调制隔离、光电隔离。工业信号为什么要隔离？由于工业现场的环境条件是很复杂的，各种干扰（天体放电干扰、电晕电火花放电干扰、电气设备频率干扰、感应干扰）通过不同的耦合方式（电容耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、漏电流耦合）进入测量系统，会使测量结果偏离准确值，严重时甚至会使测量系统不能工作，因此要对工业信号进行干扰抑制，也就是采取隔离措施，这时隔离变送器就派上用场了。
隔离变送器除了有隔离作用外，还具有变换作用、放大作用、远传作用和保安作用，所以，在工业控制上获得了广泛的应用。
物理量变送器的信号输出标准有电压型（0～5V 或 0～10V）和电流型（4～20mA）两种。早期的变送器大多为电压输出型，即将测量信号转换为0～5V或0～10V电压输出。电压输出型有两个严重的缺陷：一是抗干扰能力极差，特别是在低于 1V的情况下，很小的干扰电压就会影响到输出的准确性；二是信号不能远距离的传输，距离一长，线路的损耗就会大大影响控制精度。这两点使电压输出型变送器的使用受到了极大限制。
电流输出型变送器则克服了这两个缺陷，电流信号不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。工业上最广泛采用的标准模拟量电流信号是4～20mA直流电流。为什么电流型输出取4～20mA呢？上限取20mA是因为防爆的要求，20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于 4mA，当传输线因故障断路时，环路电流会降为0。常取2mA作为断线报警值。
电流输出型变送器将物理量转换成 4～20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接四根线，这种传输方式称之为四线制变送器，如图2-10（a）所示。
当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用 VCC或者 GND），可节省一根线，称为三线制变送器，如图2-10（b）所示。
其实大家可能注意到，4～20mA电流本身就可以为变送器供电，如图2-10（c）所示。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在 4～20mA之间根据传感器输出而变化，显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接两根线，因而被称为二线制变送器。工业电流环标准下限为 4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有 4mA供电，这使得两线制变送器的设计成为可能。在二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号。
图2-10 变送器接法示意图
二线制有什么优点？在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上，两者之间距离可能数十至数百米。按 100m距离计算，省去两根信号传输导线意味着成本降低近百元。另外四线制变送器和三线制变送器因为导线内电流不对称，必须使用昂贵的屏蔽线，而两线制变送器可使用非常便宜的双绞线导线，所以在应用中二线制变送器必然是首选。除此，二线制传输方式还有如下优点：
（1）不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可以用非常便宜的、更细的导线；可以节省大量电缆线和安装费用。
（2）在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；三线制与四线制必须用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。
（3）电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于 4～20mA二线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样 U out =1～5V），这个电阻小到不足以产生显著误差。因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远。
（4）各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不会因为电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集。分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制。
（5）将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。
（6）在二线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。
（7）二线制电流变送器的输出为4～20mA，通过250Ω的精密电阻转换成 1～5V或2～10V的模拟电压信号。转换成数字信号也有多种方法。
三线制和四线制变送器均不具备上述优点，所以即将被二线制变送器所取代，从近年来越来越多的变送器产品采用二线制的行业动态即可略见一斑。