第三节 热电阻温度计

1、30 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。测量较为适宜。 虽然热电偶测温仪表是比较成熟的温度检测仪表，但当虽然热电偶测温仪表是比较成熟的温度检测仪表，但当被测温度在中、低温时，热电偶的热电势较小，受干扰影被测温度在中、低温时，热电偶的热电势较小，受干扰影响明显，对显示仪表放大器和抗干扰措施均有较高要求，响明显，对显示仪表放大器和抗干扰措施均有较高要求，相应仪表维修困难；相应仪表维修困难；热电偶在低温区，热电势小，冷端温度变化引起的相对误热电偶在低温区，热电势小，冷端温度变化引起的相对误差显得很突出，且不容易得到完全补偿，

2、因此在差显得很突出，且不容易得到完全补偿，因此在500以下以下测温，受到一定限制。测温，受到一定限制。 工业上常用电阻式测温仪表来测量工业上常用电阻式测温仪表来测量-200+600之间的温度，之间的温度，在特殊情况下可测量极低或高达在特殊情况下可测量极低或高达1000的温度。电阻式测的温度。电阻式测温仪表的特点是准确度高；在中、低温下（温仪表的特点是准确度高；在中、低温下（500以下）测以下）测量，输出信号比热电偶大很多，灵敏度高；量，输出信号比热电偶大很多，灵敏度高； 由于其输出也是电信号，便于实现信号的远传和多点切换由于其输出也是电信号，便于实现信号的远传和多点切换测量。测量。 电阻体是测

3、温敏感元件，有导体和半导体两类。电阻体是测温敏感元件，有导体和半导体两类。 是由热电阻，显示仪表以及连接导线所是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。组成。 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。n 一、测温原理一、测温原理 利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。进行温度测量的。 31001ttRRt 对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 tRRtt0R4R3R2RtAEBCDU图5.17 不平衡电桥原

4、理当温度处于测量下限时，当温度处于测量下限时，RtRtmin设计桥路电阻，满足设计桥路电阻，满足R3RtminR2R4此时电桥平衡，此时电桥平衡， U0当温度上升时，桥路失去平衡当温度上升时，桥路失去平衡设某一时刻设某一时刻RtRtmin+Rt min4ttRUERR 电桥电源电桥电源E为稳压电源。电桥有电流流过时，连接导线和热为稳压电源。电桥有电流流过时，连接导线和热电阻会发热而引起附加温度误差，在设计和使用中要求这种电阻会发热而引起附加温度误差，在设计和使用中要求这种误差不超过误差不超过0.2%。通常当流过热电阻。通常当流过热电阻6mA电流时，因发热电流时，因发热会产生的误差约会产生的误差

5、约0.1，一般选择流过热电阻的电流为，一般选择流过热电阻的电流为3mA。热电阻的引线方式热电阻的引线方式1、两线制：在热电阻感温体两端各连一根导线的引线方式。、两线制：在热电阻感温体两端各连一根导线的引线方式。两线制引线方式适用于引线不长，测温精度要求较低的场合。两线制引线方式适用于引线不长，测温精度要求较低的场合。2、三线制：在热电阻感温体、三线制：在热电阻感温体一端连一根导线，另一端连两一端连一根导线，另一端连两根导线的引线方式。这种引线根导线的引线方式。这种引线方式可以消除引线电阻对测量方式可以消除引线电阻对测量的影响。的影响。AbacCDR0r1r1r1ER4R3R2RtBU图5.18

6、 热电阻三线制桥路连接 3、四线制连线：热电阻体的两端各连接两根导线的引线方四线制连线：热电阻体的两端各连接两根导线的引线方式为四线制。式为四线制。其中两根引线为热电阻提供恒流源其中两根引线为热电阻提供恒流源 I， 在热电阻上产生的压在热电阻上产生的压降通过另两根引线引至电位差计进行测量。这种接线方式降通过另两根引线引至电位差计进行测量。这种接线方式能完全消除引线电阻带来的附加误差，这种引线方式主要能完全消除引线电阻带来的附加误差，这种引线方式主要用于高精度的温度检测。用于高精度的温度检测。必须指出，无论是三线制还是四线制，引线都应该必须指出，无论是三线制还是四线制，引线都应该从热电阻感温元件

7、的根部引出，不能从热电阻的接从热电阻感温元件的根部引出，不能从热电阻的接线端子上分出。线端子上分出。 3热电阻材料及常用热电阻热电阻材料及常用热电阻 电阻温度系数、电阻率要大；电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小；热容量要小； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性； 价格便宜。价格便宜。 331.1.铂电阻铂电阻 金属铂容易提纯金属铂容易提纯, ,在氧化性介质中具有很高的物理在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性化学稳定性, ,有良好的复

8、制性。但价格较贵。有良好的复制性。但价格较贵。 要确定要确定 Rtt的关系的关系, ,首先要确定首先要确定 R0的大小。的大小。R0不不同同, , Rtt的关系也不同。这种的关系也不同。这种Rtt的关系称为分度表的关系称为分度表, ,用分度号来表示。用分度号来表示。 目前我国常用的铂电阻有两种，分度号目前我国常用的铂电阻有两种，分度号Pt100和和Pt10，最常用的是最常用的是Pt100，R（0）100.00。 342.2.铜电阻铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为很大，且电阻与温度呈线性关系

9、；在测温范围为-50-50+150+150内，具有很好的稳定性。内，具有很好的稳定性。 tRRt10 在在-50-50+150+150的范围内，铜电阻与温度的关系是的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对，对应的分度号为应的分度号为Cu50。另一种是。另一种是R0100，对应的分度号，对应的分度号为为Cu100。（1）普通热电阻温度传感器）普通热电阻温度传感器工业用普通热电阻温度传感器由电阻体、绝缘套管、保护管、工业用普通热电阻温度传感器由电阻体、绝缘套管、保护管、接线盒和连接电阻体与接线盒的引出线等部件组

10、成。接线盒和连接电阻体与接线盒的引出线等部件组成。绝缘套管、保护管、接线盒与热电偶温度传感器基本相同，绝绝缘套管、保护管、接线盒与热电偶温度传感器基本相同，绝缘套管一般使用双芯或四芯氧化铝绝缘材料，引出线穿过绝缘缘套管一般使用双芯或四芯氧化铝绝缘材料，引出线穿过绝缘管。管。电阻体和引出线均装在保护管内。热电阻温度传感器外形与热电阻体和引出线均装在保护管内。热电阻温度传感器外形与热电偶温度传感器相同。铂电阻体常见形式如图电偶温度传感器相同。铂电阻体常见形式如图5.19所示所示， 87645321(a )(b )图5.19 铂电阻体的结构1-引出银线；2-铂丝；3-锯齿形云母骨架；4-保护用云母片

11、；5-银绑带；6-铂电阻横截面；7-保护套管；8-石英骨架（b）采用石英玻璃，具）采用石英玻璃，具有良好的绝缘和耐高温特有良好的绝缘和耐高温特性，把铂丝双绕在直径为性，把铂丝双绕在直径为3mm的石英玻璃上，为的石英玻璃上，为使铂丝绝缘和不受化学腐使铂丝绝缘和不受化学腐蚀、机械损伤，在石英管蚀、机械损伤，在石英管外再套一个外径为外再套一个外径为5mm的石英管。铂电阻体用银的石英管。铂电阻体用银丝作为引出线。丝作为引出线。 4321L 图542 铜电阻体的结构1线圈骨架；2铜热电阻丝；3补偿组； 4铜引出线图5.20 铜电阻体的结构1-线圈骨架；2-铜热电阻丝；3-补偿组；4-铜引出线；为改善热传

12、导，在电阻体与保护管之间常置有金属夹持件或为改善热传导，在电阻体与保护管之间常置有金属夹持件或内套管。内套管。 铠装热电阻是将电阻体与引出线焊接好后，装入金属小套铠装热电阻是将电阻体与引出线焊接好后，装入金属小套管，再充填以绝缘材料粉末，最后密封，经冷拔、旋锻加工管，再充填以绝缘材料粉末，最后密封，经冷拔、旋锻加工而成的组合体。而成的组合体。 由于铠装热电阻的体积可以做得很小，因此它的热惯性小，由于铠装热电阻的体积可以做得很小，因此它的热惯性小，反应速度快。反应速度快。除电阻体部分外，其它部分可以做任何方向弯曲，因此它具除电阻体部分外，其它部分可以做任何方向弯曲，因此它具有良好的耐震动和抗冲击

13、的性能，并且不易被有害介质所侵有良好的耐震动和抗冲击的性能，并且不易被有害介质所侵蚀，其使用寿命比普通热电阻长。蚀，其使用寿命比普通热电阻长。 （1）热电阻测温仪表常用来测量）热电阻测温仪表常用来测量-200+600之间的温度。之间的温度。（2）热电阻的显示仪表必须与热电阻配套。）热电阻的显示仪表必须与热电阻配套。（3）动态误差。由于电阻体体积较大，热容量大，其动态）动态误差。由于电阻体体积较大，热容量大，其动态误差比热电偶大，这也制约了热电阻在快速测温中的应用。误差比热电偶大，这也制约了热电阻在快速测温中的应用。（4）连线电阻变化与热电阻阻值变化产生叠加，引起测量）连线电阻变化与热电阻阻值变

14、化产生叠加，引起测量误差。应采用三线制接法予以消除。误差。应采用三线制接法予以消除。（5）热电阻通电发热引起误差。在实际测温中，热电阻流）热电阻通电发热引起误差。在实际测温中，热电阻流过电流使热电阻发热，从而引起误差。过电流使热电阻发热，从而引起误差。（6）热电阻的安装与热电偶的安装要求基本相同。）热电阻的安装与热电偶的安装要求基本相同。 铜电阻温度计特点：铜电阻温度计温度系数大，电阻与温度铜电阻温度计特点：铜电阻温度计温度系数大，电阻与温度线性好，铜容易加工提纯，价格便宜，但温度测量范围较窄。线性好，铜容易加工提纯，价格便宜，但温度测量范围较窄。热电偶特点热电偶特点热电阻特点热电阻特点 热电

15、偶两端热电偶两端存在温差就有存在温差就有热电势输出，热电势输出，能直接测量，能直接测量，但需要冷端温但需要冷端温度补偿。度补偿。同温度下输出信号大，易于测量；同温度下输出信号大，易于测量；热电阻测量要借助外电源，如电桥桥臂电阻热电阻测量要借助外电源，如电桥桥臂电阻变化转化成电压输出；变化转化成电压输出；和热电偶比，热电阻感温体结构复杂，体积和热电偶比，热电阻感温体结构复杂，体积较大，热惯性大不适宜测体积狭小和温度变较大，热惯性大不适宜测体积狭小和温度变化快的温度；化快的温度；抗机械强度与振动性能较差；抗机械强度与振动性能较差；同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限同类材料制成的热电阻不如热电偶

16、测温上限高，但在低温区（高，但在低温区（t0），用热电阻测温较），用热电阻测温较好。好。 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度变化而改变的特性制热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度变化而改变的特性制成的温度传感器。成的温度传感器。 大多数半导体热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合，经大多数半导体热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成。高温烧结而成。 半导体热敏电阻可制成片状、柱状和珠状，如图半导体热敏电阻可制成片状、柱状和珠状，如图5.21所示。所示。图图5.21 半导体热敏电阻结构半导体热敏电阻结构(c )带 密 封 玻 璃 柱 的（ b ） 柱 型 的（ a ） 带 玻 璃 保

17、护 管 的657723211231234 图 5 4 0 半 导 体 热 敏 电 阻 结 构 1 电 阻 体 ； 2 引 出 线 ； 3 玻 璃 保 护 管 ； 4 引 出 极 ； 5 锡 箔 ； 6 密 封 材 料 ； 7 导 体1-电阻体；电阻体；2-引出线；引出线；3-玻璃保护管；玻璃保护管；4-引出极；引出极；5-锡箔；锡箔；6-密封材料；密封材料；7导体导体热敏电阻的主要特性有温度特性和伏安特性。热敏电阻的主要特性有温度特性和伏安特性。（1）温度特性）温度特性热敏电阻按其性能可分为负温度系数热敏电阻按其性能可分为负温度系数NTC型热敏电阻；正温型热敏电阻；正温度系数度系数PTC型热敏

18、电阻；临界温度型热敏电阻；临界温度CTR型热敏电阻三种。型热敏电阻三种。 NTC型热敏电阻型热敏电阻:主要由锰、铁、主要由锰、铁、镍、钴、钛、钼、镁等复合氧镍、钴、钛、钼、镁等复合氧化物高温烧结而成。不同的材化物高温烧结而成。不同的材质组合，可以得到不同的热敏质组合，可以得到不同的热敏电阻。电阻。电阻温度系数为负，电阻值随电阻温度系数为负，电阻值随温度升高而减小。温度升高而减小。PTC型热敏电阻：可用作位型热敏电阻：可用作位式（开关型）温度检测元件。式（开关型）温度检测元件。 热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之间的关系称为伏安特间的关系称为伏安特

19、0.01 0.050.20.51251020501000.50.20.11251020I/mAU/V50mW10mW1mW1k2.2k4.7k10k22k47k100k220k470k图2.3.4 热敏电阻伏安特性图5.23 热敏电阻的伏安特性热敏电阻只有在小电热敏电阻只有在小电流范围内端电压和电流范围内端电压和电流成正比流成正比。但当电流增加到一定但当电流增加到一定数值时，元件由于温数值时，元件由于温度升高而阻值下降，度升高而阻值下降，故电压反而下降。故电压反而下降。因此，要根据热敏电因此，要根据热敏电阻的允许功耗线来确阻的允许功耗线来确定电流，在测温中电定电流，在测温中电流不能选得太高。流

20、不能选得太高。 （1）灵敏度高。半导体的电阻温度系数比金属大，）灵敏度高。半导体的电阻温度系数比金属大，一般是金属的十多倍，因此可大大降低对仪器、仪一般是金属的十多倍，因此可大大降低对仪器、仪表的要求。表的要求。（2）体积小、热惯性小、结构简单，可根据不同）体积小、热惯性小、结构简单，可根据不同要求，制成各种形状。要求，制成各种形状。（3）化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，寿）化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，寿命长。命长。（4）热敏电阻的缺点是复现性和互换性差，非线）热敏电阻的缺点是复现性和互换性差，非线性严重。测温范围较窄，目前只能达到性严重。测温范围较窄，目前只能达到-50300。

21、由于热敏电阻具有较大的非线性特性，用于测量时，一由于热敏电阻具有较大的非线性特性，用于测量时，一般需要经过线性化处理，使输出电压与温度关系基本上成线般需要经过线性化处理，使输出电压与温度关系基本上成线性。性。 T/R/0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB图5.24 热电阻线性化电路R热敏电阻R-T特性线性化后R-T特性T/R/0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB图5.24 热电阻线性化电路R热敏电阻R-T特性线性化后R-T特性串联在热敏电阻中的R的最佳值为MHLHLHLMRRRRRRRRR22)(电源电压的变动会影响输出，所电源电压的变动会影响输出，所以

22、必须采用稳压电源。以必须采用稳压电源。热敏电阻参数仅提供热敏电阻参数仅提供25时的标时的标称电阻值，因此在确定称电阻值，因此在确定TL、TH后，后，RL、RM、RH在实测时较为准确。在实测时较为准确。4热敏电阻的应用热敏电阻的应用 NTC热敏电阻除了用于温度测量外，还适用于转换电源、热敏电阻除了用于温度测量外，还适用于转换电源、开关电源、开关电源、UPS电源、各类电加热器、电子节能灯、电子电源、各类电加热器、电子节能灯、电子镇流器、各种电子装置电源电路的保护等。镇流器、各种电子装置电源电路的保护等。 在电源电路中串接一个功率型在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻器，能有效地抑热敏电阻器，能

23、有效地抑制开机时的浪涌电流。制开机时的浪涌电流。（开机时，温度低，电阻大，能抑制开机时的浪涌电流，电（开机时，温度低，电阻大，能抑制开机时的浪涌电流，电路工作一段时间后，温度升高，电阻减小）路工作一段时间后，温度升高，电阻减小）完成抑制浪涌电流作用以后，功率型完成抑制浪涌电流作用以后，功率型NTC热敏电阻器的电阻热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响。会对正常的工作电流造成影响。所以，在电源回路中使用功率型所以，在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻器，是抑制开热敏电阻器，是抑制开机时的浪

24、涌，以保证电子设备免遭破坏的最为简便而有效的机时的浪涌，以保证电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施。措施。 PTC热敏电阻的一个特点是在温度和电阻值上升到一定的程热敏电阻的一个特点是在温度和电阻值上升到一定的程度后，可以自动保存自身的温度。度后，可以自动保存自身的温度。PTC热敏电阻主要用于电子镇流器的过流过热保护，直接串热敏电阻主要用于电子镇流器的过流过热保护，直接串联在负载电路中，在线路出现异常状况时，能够自动限制过联在负载电路中，在线路出现异常状况时，能够自动限制过电流或阻断电流，当故障排除后又恢复原态，俗称电流或阻断电流，当故障排除后又恢复原态，俗称“万次保万次保险丝险丝”。用于各种

25、荧光灯电子镇流器、电子节能灯中，不必。用于各种荧光灯电子镇流器、电子节能灯中，不必改动线路。改动线路。将适当的热敏电阻器跨接在灯管的谐振电容器两端，可以变将适当的热敏电阻器跨接在灯管的谐振电容器两端，可以变电子镇流器、电子节能灯的硬启动为预热启动，使灯丝的预电子镇流器、电子节能灯的硬启动为预热启动，使灯丝的预热时间达热时间达0.42秒可延长灯管寿命三倍以上。秒可延长灯管寿命三倍以上。 根据根据输入信号的不同输入信号的不同，DDZ-型温度变送器主要有热电型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。类型。 36温度

26、变送器与测温元件配合使用将温度信号转换成为统一温度变送器与测温元件配合使用将温度信号转换成为统一标准信号标准信号4 420mADC20mADC或或1 15VDC5VDC，以实现对温度的自动检测，以实现对温度的自动检测或自动控制。或自动控制。 直流毫伏变送器是将直流毫伏信号转换成直流毫伏变送器是将直流毫伏信号转换成4 420mADC20mADC电流信电流信号，而热电偶、热电阻温度变送器是将温度信号线性地转换号，而热电偶、热电阻温度变送器是将温度信号线性地转换成成4 420mADC20mADC电流信号。电流信号。 温度变送器可分为以温度变送器可分为以DDZ-DDZ-温度变送器为主流的模拟温度温度变

27、送器为主流的模拟温度变送器和智能化温度变送器两大类。在结构上，一体化结变送器和智能化温度变送器两大类。在结构上，一体化结构和分体式结构。本节介绍构和分体式结构。本节介绍DDZ-DDZ-温度变送器、一体化温温度变送器、一体化温度变送器和智能化温度变送器。度变送器和智能化温度变送器。541 DDZ-温度变送器温度变送器DDZ-DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路反馈电路, ,其原理框图如图其原理框图如图5-155-15所示。所示。温度检测元

28、件温度检测元件输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路被测温度被测温度输出电流输出电流I0 0 图图5-15 5-15 温度变送器原理框图温度变送器原理框图37DDZ-温度变送器温度变送器属安全火花防爆仪表，采用四线制连接方属安全火花防爆仪表，采用四线制连接方式，分为量程单元和放大单元两部分，它们分别设置在两块印式，分为量程单元和放大单元两部分，它们分别设置在两块印刷电路板上，用接插件相连接刷电路板上，用接插件相连接. .放大单元是通用的，而量程单元随品种、测量范围不同而不同。放大单元是通用的，而量程单元随品种、测量范围不同而不同。I0Ei放大单元量程单元420mADC24VDC图5.

29、25 直流毫伏变送器构成框图桥路部分整流滤波功率放大前置运放反馈回路隔离输出DC/AC/DCVzVf表示供电回路表示信号传递回路直流毫伏变送器是把直流毫伏信号直流毫伏变送器是把直流毫伏信号EiEi转换成转换成4 420mADC20mADC电流电流信号。信号。1.直流毫伏变送器直流毫伏变送器在量程单元中调在量程单元中调Vz可实现调零，调反馈信号可实现调零，调反馈信号Vf可实现调量可实现调量程调整，放大单元实现信号放大、调制和隔离。程调整，放大单元实现信号放大、调制和隔离。 2热电偶温度变送器热电偶温度变送器热电偶温度变送器与热电偶配合使用，要求将温度信号线性热电偶温度变送器与热电偶配合使用，要求

30、将温度信号线性地转换为地转换为420mADC电流信号或电流信号或15VDC电压信号。电压信号。 热电偶测量温度的两个特点：热电偶测量温度的两个特点：需冷端温度恒定，需冷端温度恒定，热电偶热电偶的热电势与热端温度成非线性的关系的热电势与热端温度成非线性的关系 VftI0VzEi量程单元420mADC图5.26 热电偶温度变送器构成框图冷端补偿和零点调整整流滤波放大单元非线性反馈校正表示供电回路表示信号传递回路热电偶不同分度号热电偶的热电特性不相同，故与热电偶配套的温不同分度号热电偶的热电特性不相同，故与热电偶配套的温度变送器的非线性反馈电路随热电偶的分度号和测温的范围度变送器的非线性反馈电路随热

31、电偶的分度号和测温的范围不同而不同，因此，不同分度号热电偶温度变送器不能通用。不同而不同，因此，不同分度号热电偶温度变送器不能通用。图5.27 热电偶温度变送器接线端子图24VDC15VDC输出420mADC输出“A”、“B”分别代表热电偶正分别代表热电偶正负极连接端；负极连接端； “+”、“-”为为24VDC电源的正负极接线端；电源的正负极接线端；“4”、“5”为热电偶温度变送为热电偶温度变送器的器的15VDC电压输出端；电压输出端；“7”、“8”为热电偶温度变送为热电偶温度变送器的器的420mADC电流输出端；电流输出端；有零点和量程调节螺钉。有零点和量程调节螺钉。3热电阻温度变送器热电阻

32、温度变送器热电阻温度变送器与热电阻配合使用，要求将温度信号线性地转热电阻温度变送器与热电阻配合使用，要求将温度信号线性地转换为换为420mADC电流信号或电流信号或15VDC电压信号。电压信号。热电阻传感器的输出量是电阻，需引入桥路，将电阻的变化转换热电阻传感器的输出量是电阻，需引入桥路，将电阻的变化转换成电压的变化；由于热电阻温度特性具有非线性，故在直流毫伏成电压的变化；由于热电阻温度特性具有非线性，故在直流毫伏线路的基础上需引入线性化环节。线路的基础上需引入线性化环节。VfI0VzEi量程单元420mADC图5.28 热电阻温度变送器构成框图零点调整放大单元反馈表示供电回路表示信号传递回路

33、线性化器整流滤波热电阻t电阻温度变送器的线性化电路电阻温度变送器的线性化电路 :采用的是热电阻两端电压采用的是热电阻两端电压信号正反馈的方法，使流过热电阻的电流随电压增大而增信号正反馈的方法，使流过热电阻的电流随电压增大而增大，即电流随温度的增高而增大，最终使热电阻两端的电大，即电流随温度的增高而增大，最终使热电阻两端的电压信号与被测温度呈线性关系。压信号与被测温度呈线性关系。由于热电阻温度变送器本质上由于热电阻温度变送器本质上测量的是电阻的变化，故它对测量的是电阻的变化，故它对引线电阻的要求较高，一般采引线电阻的要求较高，一般采用三线制接法。用三线制接法。图5.29 热电阻温度变送器接线端子

34、图24VDC15VDC输出420mADC输出 “A”、“B” “H”分别代表热电分别代表热电阻连接端；阻连接端；“+”、“-”为为24VDC电源的正负极接线端；电源的正负极接线端；“4”、“5”为为15VDC电压输出端；电压输出端；“7”、“8”为为420mADC电流电流输出端；有零点和量程调节螺钉。输出端；有零点和量程调节螺钉。4DDZ-温度变送器防爆措施温度变送器防爆措施DDZ-温度变送器安全火花防爆措施有三条：在输入、输出及温度变送器安全火花防爆措施有三条：在输入、输出及电源回路之间通过变压器而相互隔离；在输入端设有限压和限电源回路之间通过变压器而相互隔离；在输入端设有限压和限流元件；在

35、输出端及电源端装有大功率二极管及熔断丝。流元件；在输出端及电源端装有大功率二极管及熔断丝。542 一体化温度变送器一体化温度变送器1一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器可以对各种固体、液体、气体温一体化热电偶温度变送器可以对各种固体、液体、气体温度进行检测，应用于温度自动检测、控制的各个领域。度进行检测，应用于温度自动检测、控制的各个领域。一体化温度变送器的主要特点是将传感器与变送器融为一体一体化温度变送器的主要特点是将传感器与变送器融为一体 图示 一体化温度变送器结构框图它是指将变送器模块安装在测温它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元件接线

36、盒或专用接线盒内的一种温度变送器。种温度变送器。一体化热电偶温度变送器的变送单元置于热电偶的接线盒中，一体化热电偶温度变送器的变送单元置于热电偶的接线盒中，取代接线座。安装后的一体化热电偶温度变速器外观结构如图取代接线座。安装后的一体化热电偶温度变速器外观结构如图5.31所示。所示。 1-变送器模块；2-穿线孔；3-接线盒；4-进线孔；5-固定装置；6-保护套管；7-热电极图5.31 一体化热电偶温度变送器构成框图 图533 一体化温度变送器的外形结构1变送器模块；2穿线孔；3接线盒；4进线孔 5固定装置；6保护套管；7热电极变送器模块采用航天技术变送器模块采用航天技术电子线路结构形式，减少电

37、子线路结构形式，减少了元器件；采用全密封结了元器件；采用全密封结构，用环氧树脂浇注，抗构，用环氧树脂浇注，抗震动、防潮湿、防腐蚀、震动、防潮湿、防腐蚀、耐温性能好，可用于恶劣耐温性能好，可用于恶劣的使用环境。的使用环境。 -20+80变送器模块外形如图变送器模块外形如图5.32所示所示 图533 一体化温度变送器的外形结构1变送器模块；2穿线孔；3接线盒；4进线孔 5固定装置；6保护套管；7热电极图534 变送器模块外形图5.32 变送器模块外形图中图中“1”、“2”分别代表热电偶正负分别代表热电偶正负极连接端；极连接端；“4”、“5”为电源和信号为电源和信号线的正负极接线端；线的正负极接线端

38、；“6”为零点调节；为零点调节；“7”为量程调节。为量程调节。 一体化热电偶温度变送器采用两线制，一体化热电偶温度变送器采用两线制，即电源和信号公用两根线，在提供即电源和信号公用两根线，在提供24V供电同时，输出供电同时，输出420mA电流信号。电流信号。一体化热电偶温度变送器的安装一体化热电偶温度变送器的安装与其它热电偶安装要求基本相同，与其它热电偶安装要求基本相同，但要注意感温元件与大地间应保但要注意感温元件与大地间应保持良好绝缘，不然将直接影响测持良好绝缘，不然将直接影响测量准确性，严重时会影响仪表的量准确性，严重时会影响仪表的正常运行。正常运行。两根热电极对应插入两根热电极对应插入“1

39、”和和“2”接线柱，拧紧顶紧螺丝。接线柱，拧紧顶紧螺丝。将变送器固定在接线盒内，将变送器固定在接线盒内，接好信号线，封接线盒盖，接好信号线，封接线盒盖，则一体化温度变送器组装完则一体化温度变送器组装完成。成。2一体化热电阻温度传感器一体化热电阻温度传感器与一体化热电偶温度传感器一样，一体化热电阻温度传感器将与一体化热电偶温度传感器一样，一体化热电阻温度传感器将热电阻与变送器融为一体；将温度值经热电阻测量后，转换成热电阻与变送器融为一体；将温度值经热电阻测量后，转换成420mA的标准电流信号输出。的标准电流信号输出。 图图5.34 变送器模块外形变送器模块外形+6274531（a）三线制+627

40、451（b）二线制图中，图中，“1”“2”为热电阻引为热电阻引出线接线端，出线接线端，“3”为热电为热电阻三线制输入的引线补偿阻三线制输入的引线补偿端接线柱。端接线柱。若采用引出线二线输入，若采用引出线二线输入，则则“3”和和“2”必须短接，必须短接，即实现一体化安装。如图即实现一体化安装。如图5.34（a）所示，提供三线）所示，提供三线制接法。制接法。智能式温度变送器主要采用智能式温度变送器主要采用HART协议通信方式和现场协议通信方式和现场总线通信方式，不管采用何种通信方式，智能化温度变总线通信方式，不管采用何种通信方式，智能化温度变送器一般具有通用性强，使用方便灵活，具有各种补偿送器一般

41、具有通用性强，使用方便灵活，具有各种补偿功能，控制功能，通信功能和自诊断功能等特点。功能，控制功能，通信功能和自诊断功能等特点。543智能式温度变送器智能式温度变送器HART协议协议HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。和控制室设备之间的通信协议。 HART通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上

42、实现数字信号通信。上实现数字信号通信。 在在HART协议通信中主要的变量和控制信息由协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。协议访问。 网络协议作的事情就是把文字写到信纸上装进信封，最网络协议作的事情就是把文字写到信纸上装进信封，最后打成邮包，网络连接设备，根据不同的地址发到不同后打成邮包，网络连接设备，根据不同的地址发到不同地方，然后再一层层解开，到用户那里看到的是真正的地方，然后再一层层解开，到用户那里看到的是真正的内容内容

43、如对现场仪表设定，对现场仪表进行寿命监视，程序如对现场仪表设定，对现场仪表进行寿命监视，程序下载等远程组态，设定和诊断）下载等远程组态，设定和诊断）HART仪表都能提供仪表本身的信息，包括仪表的型号、仪表都能提供仪表本身的信息，包括仪表的型号、测量范围、制造厂名称、材料、工位号等，因此，调试测量范围、制造厂名称、材料、工位号等，因此，调试人员从屏幕上就能知道各个工位上安装的仪表是否是正人员从屏幕上就能知道各个工位上安装的仪表是否是正确的仪表，而不必到现场去一一确认。确的仪表，而不必到现场去一一确认。 有一家炼油厂，因为一台液位变送器的输出信号连接处出现有一家炼油厂，因为一台液位变送器的输出信号

44、连接处出现结露而引起部分短路，但运行人员又无法判断信号的可信性，结露而引起部分短路，但运行人员又无法判断信号的可信性，最终造成溢罐，工厂全部停工，直接损失最终造成溢罐，工厂全部停工，直接损失30万美元。如果采万美元。如果采用用HART仪表，就可以避免这类损失。仪表，就可以避免这类损失。由于由于HART仪表不断向系统提供仪表自身的状态信息，因仪表不断向系统提供仪表自身的状态信息，因此，仪表维修人员对在线仪表的工作状态十分清楚。不像此，仪表维修人员对在线仪表的工作状态十分清楚。不像采用模拟仪表时，只能依靠经验和推理来怀疑某台仪表有采用模拟仪表时，只能依靠经验和推理来怀疑某台仪表有问题，然后到现场去

45、拆卸，送到仪表车间校验，而结果往问题，然后到现场去拆卸，送到仪表车间校验，而结果往往仪表是正常的。现在已经可以进行设备的网络管理以及往仪表是正常的。现在已经可以进行设备的网络管理以及实施前瞻性维护。实施前瞻性维护。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。传输，多分支结构的通信网络。 现场总线定义：现场总线定义：mA只能单向传输一个测量信号，若传输上述大量信只能单向传输一个测量信号，若传输上述大量信息，必得增加电缆数量，使系统费用增加。息，必得增加电缆数量，使系统费用增加。现场总线现场总线Fieldbus

46、能够支持双向，多支路，多变量，全数字化能够支持双向，多支路，多变量，全数字化的信息传输，大大节约电缆，因此现场总线应用户的需求产生的信息传输，大大节约电缆，因此现场总线应用户的需求产生了。了。现场总线的优势（特点）（优点）现场总线的优势（特点）（优点）（）提高准确度（）提高准确度引入现场总线可消除模拟通信方式中数据传输时产生的误引入现场总线可消除模拟通信方式中数据传输时产生的误差，提高传输精度差，提高传输精度（）了解控制的实时性（） 取消I/O的转换（柜）（） 节约信号电缆 （） 双向通信 （） 多变量检测和传递用一台现场仪表可同时检测多个过程变量用一台现场仪表可将测量的变量全部传递出去如：一

47、个自动调节传递一个控制信号。一个开环信号和两个限位信号。如果采用系统-现场仪表则需要4根导线（根），而采用现场总线仪表，则需要一根导线。 操作站 控制站 操作站DCSFCS543智能式温度变送器智能式温度变送器39 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻；质量轻； 安装维护方便。安装维护方便。 由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器信号输入信号输

48、入信号输出信号输出图示 TT302温度变送器基本构成框图40TT302温度变送器具有双通道输入，可接受两个测量信号，用温度变送器具有双通道输入，可接受两个测量信号，用户可以通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上的手户可以通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上的手持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块。持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块。可实现需要的控制策略。既可以直接安装在传感器上；也可通可实现需要的控制策略。既可以直接安装在传感器上；也可通过支架安装在管线或平面上。过支架安装在管线或平面上。控制站没有取消低层的基本控制功能由现场一般仪表完成高层的基

49、本控制功能（协调和高级控制功能）由控制站完成。1.1.用分度号为用分度号为K的镍铬的镍铬- -镍硅热电偶测量温度镍硅热电偶测量温度, ,在没有采在没有采取冷端温度补偿的情况下取冷端温度补偿的情况下, ,显示仪表指示值为显示仪表指示值为500,500,而而这时冷端温度为这时冷端温度为60,60,试问实际温度应为多少试问实际温度应为多少? ?如果热端如果热端温度不变温度不变, ,设法使冷端温度保持在设法使冷端温度保持在20,20,此时显示仪表的此时显示仪表的指示值应为多少指示值应为多少? ? 显示仪表指示值为500时,由附录三可以查得这时显示仪表的实际输入电势为20.64mV,由于这个电势是由热电

50、偶产生的,即 E(t,t0) = 20.64 (mV) 由附录三同样可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.436 (mV) 41 由式 (5-14)可以得到 E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.436 = 23.076 (mV) 由23.076mV,查附录三,可得 t557 即被测实际温度为557。 当热端为557,冷端为20时,由于E(20 ,0) = 0.798mV,故有 E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.076 - 0.798 = 22.278 (mV) 由此电势,查附录三,可得显示仪表指示值约

51、为538.4。 由此可见,当冷端温度降低时,显示仪表的指示值更接近于被测温度实际值。 422.2.如果用两支铂铑如果用两支铂铑1010- -铂热电偶串联来测量炉温铂热电偶串联来测量炉温, ,连接方式连接方式分别如图分别如图5-18(a)5-18(a)、(b)(b)、(c)(c)所示。已知炉内温度均匀所示。已知炉内温度均匀, ,最最高温度为高温度为1000,1000,试分别计算测量仪表的测量范围试分别计算测量仪表的测量范围 ( (以最大以最大毫伏数表示毫伏数表示) )。 图5-18 炉子温度测量43解解: : (a)由于这时热电偶的冷端均为0,每支热电偶对应于1000时的热电势可以由附录一查得 E(1000 ,0) = 9. 585 (mV) 两支热电偶串联,测量仪表所测信号的最大值为 Emax = 29.585 = 19.17 (mV) 根据这个数值可以确定仪表的测量范围。 (b)由于这时不仅要考虑补偿导线引出来以后的冷端温度(30),而且要考虑炉旁边补偿导线与热