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3.3 温度变送器 * 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；
作用： * 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； * 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EI的工艺参数转换成为标准的统一信号。 分类： 模拟式温度变送器 智能式温度变送器 在结构上，有一体化结构和分体式结构之分
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(1) 输出与温度之间呈线性关系，但输出与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈非线性关系
在与测温元件配合使用，温度变送器的输出有两种形式： (1) 输出与温度之间呈线性关系，但输出与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈非线性关系 (2) 输出与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈线性关系，但输出与温度之间呈非线性关系 两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路
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3.3.1.典型模拟式温度变送器
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模拟式温度变送器实例 ——— DDZ-ІІІ型温度变送器
现介绍其中三种： 直流毫伏变送器 带非线性补偿电路的热电偶温度变送器 热电阻温度变送器。
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(1)直流毫伏变送器 ——把直流毫伏信号Ei 转换成4～20mADC电流信号
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直流毫伏变送器构成方框图
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直流毫伏变送器 放大 隔离输出 限压限流 反馈 零点调整 零点迁移 多谐振荡器 隔离供电 (直流／交流变换器) 直流毫伏变送器线路原理图
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直流毫伏变送器线路原理图
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①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 放大器: 电压放大器、功率放大器和隔离输出电路
放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分 放大器: 电压放大器、功率放大器和隔离输出电路 直流/交流/直流变换器:直流/交流变换器和整流、滤波、稳压电路
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a.电压放大器 失调电压的温漂系数要求: 温度变化Δt时失调电压的变化量ΔUOS为 设η 为由于ΔUOS的变化给变送器带来的附加误差 即
因此，应采用低漂移型高增益运算放大器
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b.功率放大器 作用：放大和调制 正半周期时: 二极管VT5导通，VT6截止，由输入信号产生电流ic1 负半周期时:
U01 二极管VT5导通，VT6截止，由输入信号产生电流ic1 负半周期时: － ＋ ＋ － 二极管VT6导通，VT5截止，从而产生了电流ic2
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c.隔离输出电路 作用：避免输出和输入之间有直接的联系 IC
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d.直流/交流/直流变换器 作用：对仪表进行隔离式供电 多谐振荡器
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反馈回路：保证线性关系，恒流性能 , 量程调整
②量程单元 输入信号断路报警电路 输入回路：限流和限压 反馈回路：保证线性关系，恒流性能 , 量程调整 零点调整电路：实现零点调整和零点迁移
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③变送器的静特性 UT =UF UF =UZ〞+Uf〞 UT =Ei+UZ′ I0 分压公式 等效电源定理 Δ → Y变换 叠加定理
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化简
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a. 为直流毫伏变送器的调零信号。 当 时，得到正向调零信号，即可实现负向迁移；而当 时，得到负向调零点迁移量；
讨论： a 为直流毫伏变送器的调零信号。 当 时，得到正向调零信号，即可实现负向迁移；而当 时，得到负向调零点迁移量； b. 为输出与输入之间的比例系数。改变R114可以大幅度地改变送器的量程。而调整电位器W2，可以在小范围内改变比例系数； c.零点和满度必须反复调整。
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(2)热电偶温度变送器 与各种热电偶配合使用，将温度信号变换为成比例的4～20mADC电流信号和1～5VDC电压信号。 线路上的两点修改 ① 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。 ② 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。
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冷端补偿电路 热电偶温度变送器 线性化补偿电路
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② ①
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1)热电偶冷端补偿电路 补偿原因：热电偶产生的热电势Et,与热电偶的冷端温度有关 补偿原理分析： t↑
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RCu1、RCu2为铜线绕电阻，其阻值在0℃时为50Ω。
R105、R103和R 100为锰铜线绕电阻或精密度金属膜电阻，R105=7.5kΩ，R103和R 100的阻值决定于所选用的热电偶型号，一般按0℃时冷端补偿电势为25mV和当温度变化 ℃时 两个条件进行计算。
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2)线性化电路 测温元件热电偶和被测温度之间存在着非线性关系，线性化电路处于反馈回路中，因而它的特性应与所采用的热电偶的特性相同。是一个折线电路，它是用折线来近似热电偶的非线性特性。
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线性化电路原理
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实际线性化电路
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全部不导通 应用Δ→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
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R119支路导通 ＋ － Ua R121 R122 R120 RO R115 Uf U02 UC Ra ＞ R119 R’120
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R116支路导通 R119 ＋ － Ua R121 R122 R120 RO R115 Uf U02 UC Ra R116 ＞ R’a
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全部不导通 Io R119支路导通 R116支路导通 Et
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3)热电阻温度变送器 ① 输入回路增加了由A2、R16～R19等元件构成的线性化电路
与各种热电阻配合使用，可以将温度信号变换为成比例的4～20mADC电流信号和1～5VDC电压信号 线路上的两点修改 ① 输入回路增加了由A2、R16～R19等元件构成的线性化电路 ② 增加了由R23、R24等元件构成的热电阻导线电阻补偿电路 同时零点调整电路有所改变
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1)线性化电路
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实践表明，当选取g=4×10-4Ω-1时，在0～500℃测 温度范围内，铂电阻Rt两端的电压信号Ut与被测温 度t之间的非线性误差最小。
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2)热电阻导线电阻补偿电路
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引线电阻的克服 1、目的：使Ut和被测温度t之间为线性关系
1、目的：使Ut和被测温度t之间为线性关系 2、环节1：由于Rt和t之间为非线性关系，且Rt的增加量随着t的增加而减小，上凸型 3、环节2：Ut~Rt应为下凹形，可使Ut和被测温度t之间为线性关系。则Ut的增加量应随着Rt的增加而增加。 4、采用如图电路，Ut=-ItRt，当It为常量时，Ut与Rt线性，而It随着Rt的增加而增大，K增大，曲线为下凹型。 5、两个环节一个上凸、一个下凹，互相抵消，则实现线性化。 35
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3.3.2.一体化温度变送器 测量元件 t Et Rt I0 变送器模块
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。 优点：体积小、重量轻、现场安装方便，对于热电偶变送器，不必采用补偿导线，节省安装费用。因而在工业生产中得到广泛应用。 由于一体化温度变送器直接安装在现场，因此变送器一般采用环氧树脂全固化封装。但由于内部的集成电路一般情况下工作温度在–20～+80℃范围内，因此在使用中应特别注意变送器模块所处的环境温度。 测量元件 变送器模块 t Et Rt I0
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AD693 一体化温度变送器品种较多，其变送器模块大多数以一片专用变送器芯片为主，AD693就是一种常用的芯片
输入范围：0～100mV，可调（芯片内部变换为0～60mV） 输出范围：4～20mA、0～20mA或12±8mA等多种直流电流输出信号 0～100mV 芯片本身没有非线性补偿功能 0~60mV 0~16mA
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AD693构成的热电偶温度变送器 经过设计也可以实现非线性补偿
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输入电路 Ui 量程调整 由于V/I变换器的转换系数是定值，调整信号放大倍数，可以调整不同的输入信号范围。不同的输入信号范围，AD693引脚14、15、16所接电阻的数值和接法是不同的。参考计算公式为 0～30mV的输入信号，要求在引脚14、15外接一个电阻R14-15 30～60mV的输入信号，要求在引脚15、16外接一个电阻R15-16 刚好30mV，两边开路，放大倍数为2
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变送器的静特性 另一种常用的热电偶冷端温度补偿电路 从上式可以看出： 1) 变送器的输出电流I0与热电偶的热电势Et成正比关系。
从上式可以看出： 1) 变送器的输出电流I0与热电偶的热电势Et成正比关系。 2) 合理选择RCu的数值可使RCu随温度变化而引起的I1RCu变化量的 绝对值近似等于热电偶因冷端温度变化所引起的热电势Et的变 化值，两者互相抵消。 3) 改变RW1以实现变送器的零点调整和零点迁移 4) 改变转换系数K（主要指K1），可以改变仪表的量程。 5) 零点调整和量程调整相互有影响 另一种常用的热电偶冷端温度补偿电路
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AD693构成的热电阻温度变送器 另一种常用的热电阻输入电路 Ui
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3.3.3. 智能式温度变送器 特点：量程范围宽、精度高、环境温度和振动影响小、抗干扰能力强、重量轻以及安装维护方便 TT302温度变送器
一种符合FF通信协议的现场总线智能仪表 可以与各种热电阻（Cu10、Ni120、Pt50、 Pt100、Pt500）或热电偶（B、E、J、K、N、R、S、T、L、U）配合使用；也可以使用其它具有电阻或毫伏(mV)输出的传感器配合使用 具有控制功能…… 42
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TT302温度变送器的硬件构成 热电阻的引线电阻如何克服？ 热电偶的冷端温度如何补偿？ 非线性如何补偿？
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