各類溫度變送器的工作原理ppt課件

1、控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3.3 溫度變送器 作用：作用： * * 與測溫元件配合使用，將溫度或溫差信與測溫元件配合使用，將溫度或溫差信號轉(zhuǎn)換成為號轉(zhuǎn)換成為標準的統(tǒng)一信號標準的統(tǒng)一信號；在結(jié)構(gòu)上，在結(jié)構(gòu)上，有有一體化結(jié)構(gòu)一體化結(jié)構(gòu)和和分體式結(jié)構(gòu)之分分體式結(jié)構(gòu)之分 分分類類：模擬式模擬式溫度變送器溫度變送器智能式智能式溫度變送器溫度變送器* * 作為直流毫伏變送器使用，用以將其作為直流毫伏變送器使用，用以將其它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號E EI I的工藝參數(shù)的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)換成為標準的統(tǒng)一信號標準的統(tǒng)一信號。1;控制儀表和計

2、算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 在與測溫元件配合使用，溫度變送器的輸在與測溫元件配合使用，溫度變送器的輸出有兩種形式：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兩種形式的區(qū)別僅在于變送器中有否非線性補償電路性補償電路 (2) (2) 輸出與溫度之間呈非線性關(guān)系，而輸出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（與變送器的輸入信號（E Et t或或R Rt t）之間呈線性關(guān)系）之間呈線性關(guān)系 (1) (1) 輸出與溫度之間呈線性關(guān)系，但輸出與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（變送器的輸入信號（E Et t或或R Rt t）之間

3、呈非線性關(guān)系）之間呈非線性關(guān)系2;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3.3.1.典型模擬式溫度變送器 3;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄模擬式溫度變送器實溫度變送器實例 DDZ-型溫度變溫度變送器送器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：v直流毫伏變送器直流毫伏變送器v帶非線性補償電路的熱電偶溫度變送器帶非線性補償電路的熱電偶溫度變送器v熱電阻溫度變送器。熱電阻溫度變送器。 4;控制

4、儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄(1)直流毫伏變送器把直流毫伏信號把直流毫伏信號E Ei i 轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成4 420mADC20mADC電流信號電流信號5;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄直流毫伏變送器線路原理圖 6;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 直流毫伏變送器構(gòu)成方框圖 7;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄a.a.電壓放大器電壓放大器失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)要求:ttUUOSOSiOSUUiOSUttU/tUtUiOS因此，應因此，

5、應采用低漂移型高增益運算放大器采用低漂移型高增益運算放大器 即即設 為由于UOS的變化給變送器帶來的附加誤差溫度變化t時失調(diào)電壓的變化量UOS為C/3 . 0V8;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄放大單元 放大單元包括放大器和直流/交流/直流變換器兩部分 直流直流/ /交流交流/ /直流變換器直流變換器: :直流直流/ /交流變換器交流變換器和整流、濾波、穩(wěn)壓電路和整流、濾波、穩(wěn)壓電路 放大器放大器: : 電壓放大器、功率放大器電壓放大器、功率放大器和隔離輸出電路和隔離輸出電路9;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄

6、錄b.b.功率放大器功率放大器作用：放大和調(diào)制作用：放大和調(diào)制二極管二極管V VT T6 6導通，導通，V VT T5 5截止，從截止，從而產(chǎn)生了電而產(chǎn)生了電流流i ic2c2 二極管二極管V VT T5 5導通，導通，VTVT6 6截止截止，由，由輸入信號產(chǎn)生電流輸入信號產(chǎn)生電流i ic1c1正半周期時正半周期時: :負半周期時負半周期時: :10;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄作用：避免輸出和輸入之間有直接的聯(lián)系 c.c.隔離輸出電路隔離輸出電路 11;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄作用：對儀表進行隔離

7、式供電 d.d.直流直流/ /交流交流/ /直流變換器直流變換器 12;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄量程單元量程單元 13;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄輸入回路：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量程單元量程單元 14;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 Y變換變換 分壓公式分壓公式 等效電源定理等效電源定理 分壓

8、公式分壓公式 疊加定理疊加定理 變送器的靜特性變送器的靜特性 I0 15;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄zWabiTURRRRRREU1051041103103/zWWFURRRRRRRRRRRRRRRRU10710610641161151142111107106411611511422)/(/)/(fWWURRRRRRRRRRRRRRR1161151154116115114211110710621111107106)/(/iEZU105103RRRab11611511511411121111106RRRRRRRRWoIR4107106RRzU/11

9、1611511511411121111106RRRRRRRRW107106RR16;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄a. 為直流毫伏變送器的調(diào)零信號。為直流毫伏變送器的調(diào)零信號。 當當 時，得到正向調(diào)零信號，即可實現(xiàn)負向遷移；時，得到正向調(diào)零信號，即可實現(xiàn)負向遷移；而當而當 時，得到負向調(diào)零點遷移量；時，得到負向調(diào)零點遷移量；zUR)(44R 討論：討論：ZiTUEUzoFUIRU4TFUUZiURERI)(440 b. b. 為輸出與輸入之間的比例系數(shù)。改變?yōu)檩敵雠c輸入之間的比例系數(shù)。改變R R114114可以大幅可以大幅度地改變送器的量程。而調(diào)整電

10、位器度地改變送器的量程。而調(diào)整電位器W W2 2，可以在小范圍，可以在小范圍內(nèi)改變比例系數(shù)；內(nèi)改變比例系數(shù)；c.c.零點和滿度必須反復調(diào)整。零點和滿度必須反復調(diào)整。17;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄與各種熱電偶配合使用，將溫度信號變換為成比例與各種熱電偶配合使用，將溫度信號變換為成比例的的4 420mADC20mADC電流信號和電流信號和1 15VDC5VDC電壓信號。電壓信號。 (2)熱電偶溫度變送器 18;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄熱電偶溫度變送器量程單元熱電偶溫度變送器量程單元19;控制儀表和計

11、算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 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。 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;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄補償原因：補償原因：熱電偶產(chǎn)生的熱電勢熱電偶產(chǎn)生的熱電勢E Et t, ,與熱電偶的冷端溫度有關(guān)與熱電偶的冷端溫度有關(guān)1)熱電偶冷端補償電路 zCuCuCuCuCuCutURRRRRRRRRRRE100103110521103211

12、002/)(ZCuCuCuCutURRRRRRRE)(12110321100105ztTUEU補償原理分析補償原理分析：ZCuCuCuCutURRRRRRRE)111(11221103100105t tEzU|tzEU21;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 RCu1、RCu2為銅線繞電阻，其阻值在為銅線繞電阻，其阻值在0時為時為50。 R105、R103和和R 100為錳銅線繞電阻或精密度金為錳銅線繞電阻或精密度金屬膜電阻，屬膜電阻，R105=7.5k，R103和和R 100的阻值決定于的阻值決定于所選用的熱電偶型號，所選用的熱電偶型號，一般按一般按0

13、時冷端補償電時冷端補償電勢為勢為25mV25mV和當溫度變化和當溫度變化 時時 兩個條件進行計算。兩個條件進行計算。 50t|tzEU22;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄測溫元件熱電偶和被測測溫元件熱電偶和被測溫度之間存在著非線性關(guān)系，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，線性化電路處于反饋回路中，因而它的特性應與所采用的因而它的特性應與所采用的熱電偶的特性相同。是一個熱電偶的特性相同。是一個折線電路，它是用折線來近折線電路，它是用折線來近似熱電偶的非線性特性。似熱電偶的非線性特性。 2)線性化電路 23;控制儀表和計算機控制裝置控制儀

14、表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄線性化電路原理aafaRRRRRUUr0121)1 (aafaRRRRRRUUr0122)/1 (RRRRRRRRUUraafa /)/1 (012324;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄線性化電路 25;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄線性化電路 應用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 fbURRRRRRRRRRRU1221211201221201221211201211201151boaaaURRRUafaRRRRRRRRRUU01201221

15、21122115122121111126;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄27;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄線性化電路如果在UC=Us1+UVZ的時候，Uf=Uf2，則特性曲線在Uf2對應的拐點處將向上繞。由圖3-可以得到第二段線段的斜率為 afaRRRRRRRRRRUUr011912012212112211512212121/1128;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄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420mADC電流信號和1

16、5VDC電壓信號29;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 輸入輸入回路增加了由回路增加了由A A2 2、R R1616R R1919等元等元件構(gòu)成的件構(gòu)成的線性化電路線性化電路 增加了由增加了由R R2323、R R2424等元件構(gòu)成的等元件構(gòu)成的熱電熱電阻導線電阻補償電路阻導線電阻補償電路線路上的兩點修改 同時零點調(diào)整電路有所改變同時零點調(diào)整電路有所改變 30;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄熱電阻溫度變送器量程單元 31;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄1)線性化電路

17、熱電阻和被測溫度之間也存在著非線性關(guān)系32;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄TttUI R )(19171616171617ttsFRRIRRRURRRUtstgRgUI1ttStttRgRgURIU1191617RRRg 式中FTUU 33;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄2)熱電阻導線電阻補償電路為了消除導線電阻的影響，熱電阻采用三線制接法為了消除導線電阻的影響，熱電阻采用三線制接法。ZftttfOURRrIrIURRRU28313130zttfUrIURR228存在導線電阻補償電路時，存在導線電阻補償電路

18、時，可求得可求得 zcttfOUrIrIURRU2128不考慮不考慮R R2323、R R2424支路的作用支路的作用，可求得可求得 ztfUURR2834;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄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;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄一體化溫度變送器模塊和測溫元件形成一個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備上，整體，可以直接安裝在被測溫度的工藝設備上，輸出為標

19、準統(tǒng)一信號。這種變送器具有體積小、輸出為標準統(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，便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點，對于測溫元件采用強，便于遠距離傳輸?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線，可熱電偶的變送器，不必采用昂貴的補償導線，可節(jié)省安裝費用。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)成為主，外接少量元器件構(gòu)成 使用中應特別注意變送器模塊所處的環(huán)境溫度。使用中應特別注意變送器模塊所處的環(huán)境溫度。 36;控制儀表和計算機控制裝置控制

20、儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄1)變送器芯片AD693 它可以它可以直接接受傳感器的直流低電平輸入信號并直接接受傳感器的直流低電平輸入信號并轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成4 420mA20mA的直流輸出電流。的直流輸出電流。 37;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 AD693 (1) (1) 信號放大器信號放大器 信號放大器是一個儀用放大器，由三個運放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，其輸入信號范圍為和反饋電阻組成，其輸入信號范圍為0 0100mV100mV；設計放大倍數(shù)為設計放大倍數(shù)為2 2倍，通過引腳倍，通過引腳1414、1515

21、、1616外接外接適當阻值的電阻，可以調(diào)整放大器的放大倍數(shù)，適當阻值的電阻，可以調(diào)整放大器的放大倍數(shù)，以使輸出為以使輸出為06060mVmV。38;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄(2)(2) U/I U/I變換器變換器U/IU/I變換器將變換器將06060mVmV的的電壓電壓輸入信號轉(zhuǎn)換為輸入信號轉(zhuǎn)換為016mA16mA的電流輸出信號，通過的電流輸出信號，通過引腳引腳9 9、11111313，通過外接適當阻值的電阻或適當?shù)倪B接方法，可通過外接適當阻值的電阻或適當?shù)倪B接方法，可以使輸出為以使輸出為4 420mA20mA、0 020mA20mA或或121

22、28mA8mA。U/IU/I變變換器中，還設置了輸出電流限幅電路，可使輸出換器中，還設置了輸出電流限幅電路，可使輸出電流最大不超過電流最大不超過32mA32mA。 AD693 39;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 AD693 (3) (3) 基準電壓源基準電壓源基準電壓源由基準穩(wěn)壓電路和分壓電路組成，基準電壓源由基準穩(wěn)壓電路和分壓電路組成，通過將其輸入通過將其輸入引腳引腳9 9與引腳與引腳8 8相連或外接適當?shù)碾娤噙B或外接適當?shù)碾妷?，可以輸出壓，可以輸?.26.2V V及其它多種不同的基準電壓，及其它多種不同的基準電壓，供零點調(diào)整、量程調(diào)整及用戶使

23、用。供零點調(diào)整、量程調(diào)整及用戶使用。 40;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 AD693 (4) (4) 輔助放大器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，輸出電流范圍為電流放大級組成，輸出電流范圍為0.010.015mA5mA。它主要作。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、輸入緩沖級和電電源、輸入緩沖級和U/IU/I變換器；提供大于或小于變換器；提供大于或小于6.26.2V V的基準電壓的基準電

24、壓；放大其它信號然后與主輸入信號疊加；利用；放大其它信號然后與主輸入信號疊加；利用片內(nèi)提供片內(nèi)提供的的100100和和7575mVmV或或150150mVmV的的基準電壓基準電壓產(chǎn)生產(chǎn)生0.75mA0.75mA或或1.51.5mAmA的電流作為傳感器的供電電流等。輔助放大器不用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時須將同相輸入端( (引腳引腳2)2)接地。接地。 41;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄2)AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變送器 BDtiUEUiU121wCutRIRIE)(11wCutRRIE42;控制儀表和計算機控制

25、裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 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 )(11121wCutwCutBDtiRRIERIRIEUEU43;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄變送器的靜特性 2) 2) 具有熱電偶冷端溫度補償功能具有熱電偶冷端溫度補償功能iOKUI不同熱電偶不同熱電偶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變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為從上式可以看出：

26、從上式可以看出：1) 1) 變送器輸出電流變送器輸出電流I I0 0與熱電偶的熱電勢與熱電偶的熱電勢E Et t成正比關(guān)系成正比關(guān)系)(11wCutRRKIKEt tEcuR|1tcuERIcuRI1 44;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3) 3) 改變改變R RW1W1以實現(xiàn)變送器的零點調(diào)整和零點以實現(xiàn)變送器的零點調(diào)整和零點遷移遷移, ,零點調(diào)整和零點遷移量（零點調(diào)整和零點遷移量（mVmV數(shù)）的大數(shù)）的大小可近似用下式計算小可近似用下式計算)(11wCuRRIU4) 4) 改變改變轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)K K，可以改變儀表的量程。，可以改變儀表的量程。i

27、OKUI)(11wCutRRKIKE5) 5) 零點調(diào)整和量程調(diào)整相互有影響。零點調(diào)整和量程調(diào)整相互有影響。45;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3)AD693構(gòu)成的熱電阻溫度變送器 BDiUU 121WtRIRI)(1011wttRRIRI46;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄 熱電阻溫度變送器的輸出與輸入之間的關(guān)系為 )(1011WttRRKIRKI變送器的靜特性 BDKUI 047;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3.3.3. 智能式溫度變送器智能式溫度變送器 特點：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;控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄智能式溫度變送器實智能式溫度變送器實例 TT302溫度變送溫度變送器器 特點：量程范圍寬