各类温度变送器的工作原理

1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录13.3 温度变送器 作用：作用： * * 与测温元件配合使用，将温度或温差信与测温元件配合使用，将温度或温差信号转换成为标准的统一信号；号转换成为标准的统一信号；在结构上，在结构上，有有一体化结构一体化结构和和分体式结构之分分体式结构之分 分分类类：模拟式模拟式温度变送器温度变送器智能式智能式温度变送器温度变送器* * 作为直流毫伏变送器使用，用以将其作为直流毫伏变送器使用，用以将其它能够转换成直流毫伏信号它能够转换成直流毫伏信号E EI I的工艺参数的工艺参数转换成为标准的统一信号。转换成为标准的统一信号。控制仪表和

2、计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录2 在与测温元件配合使用，温度变送器的输在与测温元件配合使用，温度变送器的输出有两种形式：出有两种形式： 两种形式的区别仅在于变送器中有否非线两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路性补偿电路 (2) (2) 输出与温度之间呈非线性关系，而输出输出与温度之间呈非线性关系，而输出与变送器的输入信号（与变送器的输入信号（E Et t或或R Rt t）之间呈线性关系）之间呈线性关系 (1) (1) 输出与温度之间呈线性关系，但输出与输出与温度之间呈线性关系，但输出与变送器的输入信号（变送器的输入信号（E Et t或或R Rt t）

3、之间呈非线性关系）之间呈非线性关系控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录33.3.1.典型模拟式温度变送器 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录4模拟式温度变送器实温度变送器实例 DDZ-型温度变温度变送器送器DDZ-型温度变送器有带非线性补偿电路与不带非线性补偿电路的热电偶温度变送器和热电阻温度变送器以及直流毫伏变送器等多个品种，各品种的原理和结构大致相仿。现介绍其中三种：v直流毫伏变送器直流毫伏变送器v带非线性补偿电路的热电偶温度变送器带非线性补偿电路的热电偶温度变送器v热电阻温度变送器。热电阻温度变送器。 控制仪表

4、和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录5(1)直流毫伏变送器把直流毫伏信号把直流毫伏信号E Ei i 转换成转换成4 420mADC20mADC电流信号电流信号控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录6直流毫伏变送器线路原理图 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录7 直流毫伏变送器构成方框图 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录8a.a.电压放大器电压放大器失调电压的温漂系数要求:ttUUOSOSiOSUUiOSUttU/tUtUiOS因此，应因此，应采用低

5、漂移型高增益运算放大器采用低漂移型高增益运算放大器 即即设 为由于UOS的变化给变送器带来的附加误差温度变化t时失调电压的变化量UOS为C/3 . 0V控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录9放大单元 放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分 直流直流/ /交流交流/ /直流变换器直流变换器: :直流直流/ /交流变换器交流变换器和整流、滤波、稳压电路和整流、滤波、稳压电路 放大器放大器: : 电压放大器、功率放大器电压放大器、功率放大器和隔离输出电路和隔离输出电路控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录10b.b.

6、功率放大器功率放大器作用：放大和调制作用：放大和调制二极管二极管V VT T6 6导通，导通，V VT T5 5截止，从截止，从而产生了电而产生了电流流i ic2c2 二极管二极管V VT T5 5导通，导通，VTVT6 6截止截止，由，由输入信号产生电流输入信号产生电流i ic1c1正半周期时正半周期时: :负半周期时负半周期时: :控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录11作用：避免输出和输入之间有直接的联系 c.c.隔离输出电路隔离输出电路 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录12作用：对仪表进行隔离式供电 d.d

7、.直流直流/ /交流交流/ /直流变换器直流变换器 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录13量程单元量程单元 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录14输入回路：起限流和限压作用 零点调整电路：实现零点调整和零点迁移的作用 反馈回路：保证变送器的输出与输入之间具有良好的线性关系，并使变送器输出具有较好的恒流性能 ,及量程调整。输入信号断路报警电路量程单元量程单元 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录15 Y变换变换 分压公式分压公式 等效电源定理等效电源定理 分压公式分压公式 叠加定

8、理叠加定理 变送器的静特性变送器的静特性 I0 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录16zWabiTURRRRRREU1051041103103/zWWFURRRRRRRRRRRRRRRRU10710610641161151142111107106411611511422)/(/)/(fWWURRRRRRRRRRRRRRR1161151154116115114211110710621111107106)/(/iEZU105103RRRab11611511511411121111106RRRRRRRRWoIR4107106RRzU/1116115115114

9、11121111106RRRRRRRRW107106RR控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录17a. 为直流毫伏变送器的调零信号。为直流毫伏变送器的调零信号。 当当 时，得到正向调零信号，即可实现负向迁移；时，得到正向调零信号，即可实现负向迁移；而当而当 时，得到负向调零点迁移量；时，得到负向调零点迁移量；zUR)(44R 讨论：讨论：ZiTUEUzoFUIRU4TFUUZiURERI)(440 b. b. 为输出与输入之间的比例系数。改变为输出与输入之间的比例系数。改变R R114114可以大幅可以大幅度地改变送器的量程。而调整电位器度地改变送器的量程。

10、而调整电位器W W2 2，可以在小范围，可以在小范围内改变比例系数；内改变比例系数；c.c.零点和满度必须反复调整。零点和满度必须反复调整。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录18与各种热电偶配合使用，将温度信号变换为成比例与各种热电偶配合使用，将温度信号变换为成比例的的4 420mADC20mADC电流信号和电流信号和1 15VDC5VDC电压信号。电压信号。 (2)热电偶温度变送器 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录19热电偶温度变送器量程单元热电偶温度变送器量程单元控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装

11、置上页上页下页下页目目 录录20 在输入回路增加了由铜补偿电阻RCu1、RCu2等元件组成的热电偶冷端补偿电路。同时，在电路安排上把零电位器W1和电阻R104移到了反馈回路的支路上。 在反馈回路中增加了由运算放大器A2等构成的线性化电路。 线路上的两点修改 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录21补偿原因：补偿原因：热电偶产生的热电势热电偶产生的热电势E Et t, ,与热电偶的冷端温度有关与热电偶的冷端温度有关1)热电偶冷端补偿电路 zCuCuCuCuCuCutURRRRRRRRRRRE100103110521103211002/)(ZCuCuCuCut

12、URRRRRRRE)(12110321100105ztTUEU补偿原理分析补偿原理分析：ZCuCuCuCutURRRRRRRE)111(11221103100105t tEzU|tzEU控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录22 RCu1、RCu2为铜线绕电阻，其阻值在为铜线绕电阻，其阻值在0时为时为50。 R105、R103和和R 100为锰铜线绕电阻或精密度金为锰铜线绕电阻或精密度金属膜电阻，属膜电阻，R105=7.5k，R103和和R 100的阻值决定于的阻值决定于所选用的热电偶型号，所选用的热电偶型号，一般按一般按0时冷端补偿电时冷端补偿电势为势为2

13、5mV25mV和当温度变化和当温度变化 时时 两个条件进行计算。两个条件进行计算。 50t|tzEU控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录23测温元件热电偶和被测测温元件热电偶和被测温度之间存在着非线性关系，温度之间存在着非线性关系，线性化电路处于反馈回路中，线性化电路处于反馈回路中，因而它的特性应与所采用的因而它的特性应与所采用的热电偶的特性相同。是一个热电偶的特性相同。是一个折线电路，它是用折线来近折线电路，它是用折线来近似热电偶的非线性特性。似热电偶的非线性特性。 2)线性化电路 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录

14、录24线性化电路原理aafaRRRRRUUr0121)1 (aafaRRRRRRUUr0122)/1 (RRRRRRRRUUraafa /)/1 (0123控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录25线性化电路 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录26线性化电路 应用Y变换和同相端输入运放电路的输出输入关系式 ,可以求得 fbURRRRRRRRRRRU1221211201221201221211201211201151boaaaURRRUafaRRRRRRRRRUU01201221211221151221211111控制仪

15、表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录27控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录28线性化电路如果在UC=Us1+UVZ的时候，Uf=Uf2，则特性曲线在Uf2对应的拐点处将向上绕。由图3-可以得到第二段线段的斜率为 afaRRRRRRRRRRUUr011912012212112211512212121/11控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录293)热电阻温度变送器 与各种热电阻配合使用，可以将温度信号变换为成比例的420mADC电流信号和15VDC电压信号控制仪表和计算机控制装置控制仪表

16、和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录30 输入输入回路增加了由回路增加了由A A2 2、R R1616R R1919等元等元件构成的件构成的线性化电路线性化电路 增加了由增加了由R R2323、R R2424等元件构成的等元件构成的热电热电阻导线电阻补偿电路阻导线电阻补偿电路线路上的两点修改 同时零点调整电路有所改变同时零点调整电路有所改变 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录31热电阻温度变送器量程单元 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录321)线性化电路热电阻和被测温度之间也存在着非线性关系控制仪表和计算机

17、控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录33TttUI R )(19171616171617ttsFRRIRRRURRRUtstgRgUI1ttStttRgRgURIU1191617RRRg 式中FTUU 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录342)热电阻导线电阻补偿电路为了消除导线电阻的影响，热电阻采用三线制接法为了消除导线电阻的影响，热电阻采用三线制接法。ZftttfOURRrIrIURRRU28313130zttfUrIURR228存在导线电阻补偿电路时，存在导线电阻补偿电路时，可求得可求得 zcttfOUrIrIURRU2128不

18、考虑不考虑R R2323、R R2424支路的作用支路的作用，可求得可求得 ztfUURR28控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录353.3.2.一体化温度变送器 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。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录36一体化温度变送器模块和测温元件形成一个一体化温度变送器模块和测温元件形成一个整体，可以直接安装在被测温度的工艺设备上，整体，可以直接安装在被测温度的工艺设备上，输出为标准统一信号。这种变送器具有体积小、输出为标准统一信号。这种变送

19、器具有体积小、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，对于测温元件采用强，便于远距离传输等优点，对于测温元件采用热电偶的变送器，不必采用昂贵的补偿导线，可热电偶的变送器，不必采用昂贵的补偿导线，可节省安装费用。节省安装费用。 变送器模块大多数以一片专用变送器芯片变送器模块大多数以一片专用变送器芯片为主，外接少量元器件构成为主，外接少量元器件构成 使用中应特别注意变送器模块所处的环境温度。使用中应特别注意变送器模块所处的环境温度。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录371)变送器芯片AD

20、693 它可以直接接受传感器的直流低电平输入信号并转换成它可以直接接受传感器的直流低电平输入信号并转换成4 420mA20mA的直流输出电流。的直流输出电流。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录38 AD693 (1) (1) 信号放大器信号放大器 信号放大器是一个仪用放大器，由三个运放信号放大器是一个仪用放大器，由三个运放和反馈电阻组成，其输入信号范围为和反馈电阻组成，其输入信号范围为0 0100mV100mV；设计放大倍数为设计放大倍数为2 2倍，通过引脚倍，通过引脚1414、1515、1616外接外接适当阻值的电阻，可以调整放大器的放大倍数，适当阻

21、值的电阻，可以调整放大器的放大倍数，以使输出为以使输出为06060mVmV。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录39(2) U/I(2) U/I变换器变换器U/IU/I变换器将变换器将06060mVmV的电压输入信号转换为的电压输入信号转换为016mA16mA的电流输出信号，通过引脚的电流输出信号，通过引脚9 9、11111313，通过外接适当阻值的电阻或适当的连接方法，可通过外接适当阻值的电阻或适当的连接方法，可以使输出为以使输出为4 420mA20mA、0 020mA20mA或或12128mA8mA。U/IU/I变变换器中，还设置了输出电流限幅电路，可

22、使输出换器中，还设置了输出电流限幅电路，可使输出电流最大不超过电流最大不超过32mA32mA。 AD693 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录40 AD693 (3) (3) 基准电压源基准电压源基准电压源由基准稳压电路和分压电路组成，基准电压源由基准稳压电路和分压电路组成，通过将其输入引脚通过将其输入引脚9 9与引脚与引脚8 8相连或外接适当的电相连或外接适当的电压，可以输出压，可以输出6.26.2V V及其它多种不同的基准电压，及其它多种不同的基准电压，供零点调整、量程调整及用户使用。供零点调整、量程调整及用户使用。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表

23、和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录41 AD693 (4) (4) 辅助放大器辅助放大器辅助放大器是一个可以灵活使用的放大器，由运放和辅助放大器是一个可以灵活使用的放大器，由运放和电流放大级组成，输出电流范围为电流放大级组成，输出电流范围为0.010.015mA5mA。它主要作。它主要作为信号调理用，另外也有多种用途，如作为输入桥路的供为信号调理用，另外也有多种用途，如作为输入桥路的供电电源、输入缓冲级和电电源、输入缓冲级和U/IU/I变换器；提供大于或小于变换器；提供大于或小于6.26.2V V的基准电压；放大其它信号然后与主输入信号叠加；利用的基准电压；放大其它信号然后与主输入信号

24、叠加；利用片内提供的片内提供的100100和和7575mVmV或或150150mVmV的的基准电压产生基准电压产生0.75mA0.75mA或或1.5mA1.5mA的电流作为传感器的供电电流等。辅助放大器不用的电流作为传感器的供电电流等。辅助放大器不用时须将同相输入端时须将同相输入端( (引脚引脚2)2)接地。接地。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录422)AD693构成的热电偶温度变送器 BDtiUEUiU121wCutRIRIE)(11wCutRRIE控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录43 输入电路输入电路是一

25、直流不平衡电桥，AD693的输入信号Ui为热电偶所产生的热电势Et与电桥的输出信号UBD之代数和，即 )(11121wCutwCutBDtiRRIERIRIEUEU控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录44变送器的静特性 2) 2) 具有热电偶冷端温度补偿功能具有热电偶冷端温度补偿功能iOKUI不同热电偶不同热电偶R RCuCu的阻值是不同的，其值可由下式求得的阻值是不同的，其值可由下式求得 201IERrCu变送器输出与输入之间的关系为变送器输出与输入之间的关系为从上式可以看出：从上式可以看出：1) 1) 变送器输出电流变送器输出电流I I0 0与热电偶的

26、热电势与热电偶的热电势E Et t成正比关系成正比关系)(11wCutRRKIKEt tEcuR|1tcuERIcuRI1 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录453) 3) 改变改变R RW1W1以实现变送器的零点调整和零点以实现变送器的零点调整和零点迁移迁移, ,零点调整和零点迁移量（零点调整和零点迁移量（mVmV数）的大数）的大小可近似用下式计算小可近似用下式计算)(11wCuRRIU4) 4) 改变改变转换系数转换系数K K，可以改变仪表的量程。，可以改变仪表的量程。iOKUI)(11wCutRRKIKE5) 5) 零点调整和量程调整相互有影响。零

27、点调整和量程调整相互有影响。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录463)AD693构成的热电阻温度变送器 BDiUU 121WtRIRI)(1011wttRRIRI控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录47 热电阻温度变送器的输出与输入之间的关系为 )(1011WttRRKIRKI变送器的静特性 BDKUI 0控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录483.3.3. 智能式温度变送器智能式温度变送器 特点：特点：（6）具有自诊断功能（5）具有通信功能（4）具有控制功能（3）具有各种补偿功能（2）使用方便灵活（1）通用性强控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录49智能式温度变送器实智能式温度变送器实例 TT302温度变送温度变送器器 特点：量