各類溫度變送器的工作原理

3.3溫度變送器

作用：

*與測溫元件配合使用，將溫度或溫差信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號；在結(jié)構(gòu)上，有一體化結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)之分

分類：模擬式溫度變送器智能式溫度變送器*作為直流毫伏變送器使用，用以將其它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號EI的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號。1各類溫度變送器的工作原理

在與測溫元件配合使用，溫度變送器的輸出有兩種形式：

兩種形式的區(qū)別僅在于變送器中有否非線性補償電路(2)輸出與溫度之間呈非線性關(guān)系，而輸出與變送器的輸入信號（Et或Rt）之間呈線性關(guān)系(1)輸出與溫度之間呈線性關(guān)系，但輸出與變送器的輸入信號（Et或Rt）之間呈非線性關(guān)系2各類溫度變送器的工作原理3.3.1.典型模擬式溫度變送器

3各類溫度變送器的工作原理模擬式溫度變送器實例———DDZ-???型溫度變送器

DDZ-???型溫度變送器有帶非線性補償電路與不帶非線性補償電路的熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器以及直流毫伏變送器等多個品種，各品種的原理和結(jié)構(gòu)大致相仿?，F(xiàn)介紹其中三種：直流毫伏變送器帶非線性補償電路的熱電偶溫度變送器熱電阻溫度變送器。

4各類溫度變送器的工作原理(1)直流毫伏變送器——把直流毫伏信號Ei

轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號5各類溫度變送器的工作原理直流毫伏變送器線路原理圖

①②

③

④

⑤

6各類溫度變送器的工作原理

直流毫伏變送器構(gòu)成方框圖

7各類溫度變送器的工作原理a.電壓放大器失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)要求:

因此，應(yīng)采用低漂移型高增益運算放大器

即設(shè)η為由于ΔUOS的變化給變送器帶來的附加誤差溫度變化Δt時失調(diào)電壓的變化量ΔUOS為8各類溫度變送器的工作原理①放大單元放大單元包括放大器和直流/交流/直流變換器兩部分

直流/交流/直流變換器:直流/交流變換器和整流、濾波、穩(wěn)壓電路

放大器:

電壓放大器、功率放大器和隔離輸出電路9各類溫度變送器的工作原理b.功率放大器作用：放大和調(diào)制二極管VT6導(dǎo)通，VT5截止，從而產(chǎn)生了電流ic2

二極管VT5導(dǎo)通，VT6截止，由輸入信號產(chǎn)生電流ic1正半周期時:負(fù)半周期時:10各類溫度變送器的工作原理作用：避免輸出和輸入之間有直接的聯(lián)系c.隔離輸出電路11各類溫度變送器的工作原理作用：對儀表進(jìn)行隔離式供電

d.直流/交流/直流變換器12各類溫度變送器的工作原理②量程單元13各類溫度變送器的工作原理輸入回路：起限流和限壓作用

零點調(diào)整電路：實現(xiàn)零點調(diào)整和零點遷移的作用反饋回路：保證變送器的輸出與輸入之間具有良好的線性關(guān)系，并使變送器輸出具有較好的恒流性能,及量程調(diào)整。輸入信號斷路報警電路②量程單元14各類溫度變送器的工作原理Δ→Y變換

分壓公式

等效電源定理

分壓公式

疊加定理

③變送器的靜特性

I0

15各類溫度變送器的工作原理16各類溫度變送器的工作原理a.

為直流毫伏變送器的調(diào)零信號。當(dāng)時，得到正向調(diào)零信號，即可實現(xiàn)負(fù)向遷移；而當(dāng)時，得到負(fù)向調(diào)零點遷移量；

討論：

b.為輸出與輸入之間的比例系數(shù)。改變R114可以大幅度地改變送器的量程。而調(diào)整電位器W2，可以在小范圍內(nèi)改變比例系數(shù)；c.零點和滿度必須反復(fù)調(diào)整。17各類溫度變送器的工作原理

與各種熱電偶配合使用，將溫度信號變換為成比例的4～20mADC電流信號和1～5VDC電壓信號。

(2)熱電偶溫度變送器

18各類溫度變送器的工作原理熱電偶溫度變送器量程單元19各類溫度變送器的工作原理①

在輸入回路增加了由銅補償電阻RCu1、RCu2等元件組成的熱電偶冷端補償電路。同時，在電路安排上把零電位器W1和電阻R104移到了反饋回路的支路上。②在反饋回路中增加了由運算放大器A2等構(gòu)成的線性化電路。線路上的兩點修改

20各類溫度變送器的工作原理補償原因：熱電偶產(chǎn)生的熱電勢Et,與熱電偶的冷端溫度有關(guān)1)熱電偶冷端補償電路

補償原理分析：t↑

21各類溫度變送器的工作原理

RCu1、RCu2為銅線繞電阻，其阻值在0℃時為50Ω。

R105、R103和R100為錳銅線繞電阻或精密度金屬膜電阻，R105=7.5kΩ，R103和R100的阻值決定于所選用的熱電偶型號，一般按0℃時冷端補償電勢為25mV和當(dāng)溫度變化℃時兩個條件進(jìn)行計算。

22各類溫度變送器的工作原理

測溫元件熱電偶和被測溫度之間存在著非線性關(guān)系，線性化電路處于反饋回路中，因而它的特性應(yīng)與所采用的熱電偶的特性相同。是一個折線電路，它是用折線來近似熱電偶的非線性特性。

2)線性化電路

23各類溫度變送器的工作原理線性化電路原理24各類溫度變送器的工作原理線性化電路25各類溫度變送器的工作原理線性化電路應(yīng)用Δ→Y變換和同相端輸入運放電路的輸出輸入關(guān)系式,可以求得26各類溫度變送器的工作原理27各類溫度變送器的工作原理線性化電路如果在UC=Us1+UVZ的時候，Uf=Uf2，則特性曲線在Uf2對應(yīng)的拐點處將向上繞。由圖3-可以得到第二段線段的斜率為

28各類溫度變送器的工作原理3)熱電阻溫度變送器與各種熱電阻配合使用，可以將溫度信號變換為成比例的4～20mADC電流信號和1～5VDC電壓信號29各類溫度變送器的工作原理

①輸入回路增加了由A2、R16～R19等元件構(gòu)成的線性化電路

②增加了由R23、R24等元件構(gòu)成的熱電阻導(dǎo)線電阻補償電路線路上的兩點修改

同時零點調(diào)整電路有所改變

30各類溫度變送器的工作原理熱電阻溫度變送器量程單元

31各類溫度變送器的工作原理1)線性化電路熱電阻和被測溫度之間也存在著非線性關(guān)系32各類溫度變送器的工作原理33各類溫度變送器的工作原理2)熱電阻導(dǎo)線電阻補償電路

為了消除導(dǎo)線電阻的影響，熱電阻采用三線制接法。存在導(dǎo)線電阻補償電路時，可求得

不考慮R23、R24支路的作用，可求得

34各類溫度變送器的工作原理3.3.2.一體化溫度變送器

所謂一體化溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。35各類溫度變送器的工作原理

一體化溫度變送器模塊和測溫元件形成一個整體，可以直接安裝在被測溫度的工藝設(shè)備上，輸出為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號。這種變送器具有體積小、重量輕、現(xiàn)場安裝方便以及輸出信號抗干擾能力強，便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點，對于測溫元件采用熱電偶的變送器，不必采用昂貴的補償導(dǎo)線，可節(jié)省安裝費用。

變送器模塊大多數(shù)以一片專用變送器芯片為主，外接少量元器件構(gòu)成

使用中應(yīng)特別注意變送器模塊所處的環(huán)境溫度。

36各類溫度變送器的工作原理1)變送器芯片AD693

它可以直接接受傳感器的直流低電平輸入信號并轉(zhuǎn)換成4～20mA的直流輸出電流。37各類溫度變送器的工作原理

AD693(1)信號放大器信號放大器是一個儀用放大器，由三個運放和反饋電阻組成，其輸入信號范圍為0～100mV；設(shè)計放大倍數(shù)為2倍，通過引腳14、15、16外接適當(dāng)阻值的電阻，可以調(diào)整放大器的放大倍數(shù)，以使輸出為0~60mV。38各類溫度變送器的工作原理(2)U/I變換器

U/I變換器將0~60mV的電壓輸入信號轉(zhuǎn)換為0~16mA的電流輸出信號，通過引腳9、11～13，通過外接適當(dāng)阻值的電阻或適當(dāng)?shù)倪B接方法，可以使輸出為4～20mA、0～20mA或12±8mA。U/I變換器中，還設(shè)置了輸出電流限幅電路，可使輸出電流最大不超過32mA。

AD69339各類溫度變送器的工作原理

AD693

(3)基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源由基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路和分壓電路組成，通過將其輸入引腳9與引腳8相連或外接適當(dāng)?shù)碾妷海梢暂敵?.2V及其它多種不同的基準(zhǔn)電壓，供零點調(diào)整、量程調(diào)整及用戶使用。

40各類溫度變送器的工作原理

AD693(4)輔助放大器輔助放大器是一個可以靈活使用的放大器，由運放和電流放大級組成，輸出電流范圍為0.01～5mA。它主要作為信號調(diào)理用，另外也有多種用途，如作為輸入橋路的供電電源、輸入緩沖級和U/I變換器；提供大于或小于6.2V的基準(zhǔn)電壓；放大其它信號然后與主輸入信號疊加；利用片內(nèi)提供的100Ω和75mV或150mV的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生0.75mA或1.5mA的電流作為傳感器的供電電流等。輔助放大器不用時須將同相輸入端(引腳2)接地。

41各類溫度變送器的工作原理2)AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變送器

42各類溫度變送器的工作原理

輸入電路輸入電路是一直流不平衡電橋，AD693的輸入信號Ui為熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢Et與電橋的輸出信號UBD之代數(shù)和，即43各類溫度變送器的工作原理變送器的靜特性

2)具有熱電偶冷端溫度補償功能不同熱電偶RCu的阻值是不同的，其值可由下式求得

變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為從上式可以看出：1)變送器輸出電流I0與熱電偶的熱電勢Et成正比關(guān)系t↑

→

44各類溫度變送器的工作原理3)改變RW1以實現(xiàn)變送器的零點調(diào)整和零點遷移,零點調(diào)整和零點遷移量（mV數(shù)）的大小可近似用下式計算4)改變轉(zhuǎn)換系數(shù)K，可以改變儀表的量程。5)零點調(diào)整和量程調(diào)整相互有影響。45各類溫度變送器的工作原理3)AD693構(gòu)成的熱電阻溫度變送器

46各類溫度變送器的工作原理

熱電阻溫度變送器的輸出與輸入之間的關(guān)系為變送器的靜特性

47各類溫度變送器的工作原理3.3.3.

智能式溫度變送器

特點：（6）具有自診斷功能（5）具有通信功能（4）具有控制功能（3）具有各種補償功能（2）使用方便靈活（1）通用性強48各類溫度變送器的工作原理智能式溫度變送器實例———TT302溫度變送器

特點：量程范圍寬、精度高、環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強、重量輕以及安裝維護(hù)方便49各類溫度變送器的工作原理TT302溫度變送器

一種符合FF通信協(xié)議的現(xiàn)場總線智能儀表可以與各種熱電阻（Cu10、Ni120、Pt50、Pt100、Pt500）或熱電偶（B、E、J、K、N、R、S、T、L、U）配合使用；也可以使用其它具有電阻或毫伏(mV)輸出的傳感器配合使用具有控制功能具有雙通道輸入，可接受兩個測量元件的信號50各類溫度變送器的工作原理TT302溫度變送器的硬件構(gòu)成

51各類溫度變送器的工作原理TT302溫度變送器的軟件構(gòu)成

系統(tǒng)程序使變送器各硬件電路能正常工作并實現(xiàn)所規(guī)定的功能，同時完成各組成部分之間的管理。

用戶可以通過上位管理計算機(jī)或手持式組態(tài)器，對變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)，調(diào)用或刪除功能模塊

功能模塊提供了各種功能，用戶可以選擇所需要的功能模塊以實現(xiàn)用戶所要求的功能。

軟件分為：系統(tǒng)程序和功能模塊52各類溫度變送器的工作原理功能模塊：

資源模塊RES