学习情境2：变送器电路的设计与实现ppt课件.ppt

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1、变送器设计与实现一.基本要求测量温度：0℃~100℃输出电压：0~5V限制条件：0V≤输出电压≤5V负载阻抗：>1MΩ测量误差：满刻度1%（0.05V或1℃）安装：独立电路板结构二.传感器1.激励源•交流/直流•电压/电流•恒定电压/恒定电流2.输出形式•模拟量/开关量•电压/电流/电抗•平衡输出/非平衡输出•有源/无源3.特性•灵敏度•线性度•精度•分辨率•飘移•重复性•动态响应三.传感器信号处理电路1.滤波消除、抑制干扰2.变换•I（电流）→V（电压）•电抗→电压3.标准化•放大弱电压转换为0~5V或4~20mA•平移使输出信号过0•电抗→F（频率）→电

2、压•整形将频率输出转换为脉冲信号四.测温传感器选择1.集成温度传感器AD592•供电：+4V~+30V•温度系数：1uA/oK•0℃输出：273.2uA•工作温度：-25℃~+105℃•非线性误差：0.1℃~0.5℃•重复误差：±0.1℃•时飘：±0.1℃/月AD592输出量为随温度变化的电流，抗干扰能力强，信号调理电路容易实现。2.铂电阻温度传感器PT1000•供电：无源•温度系数：近似0.003851/℃•0℃输出：1000Ω•工作温度：-200℃~+650℃铂金属性能非常稳定，制成的温度传感器重复性和长期稳定性非常好，工作温度范围很宽。铂电阻的温度—电

3、阻关系是由一多项式确定的近似线性关系，通常通过查分度表获得温度值。•响应时间：2S~30S（与结构有关）铂电阻的阻值需要用电路变换为电压，电路复杂，为避免自热现象工作电流不能过大。3.热电偶温度传感器（T型）•供电：无源•温度系数：非线性•0℃输出：0uV•工作温度：-200℃~+400℃热电偶利用2种金属接点的热电效应进行温度测量，工作温度范围宽，抗冲击，相应速度快。热电偶灵敏度低（几十uV/℃），易受干扰。热电偶输出电压与温度变化呈非线性关系，并且测量中需要冷端补偿，信号调理电路构成复杂。4.集成数字温度传感器DS1820•供电：+3.0V~+5.5V•

4、测量精度：0.5℃•工作温度：-55℃~+125℃•输出：9bit数字量•一线串行数字接口•0功率待机DS1820为单片式数字化的测温传感器，无需信号调理电路，无需外围元件，直接输出温度的数字量值。•热电偶灵敏度低，温度与输出为非线性关系，信号调理电路复杂，适合宽温范围测温。从几种典型的测温传感器特性对比可知：5.温度传感器对比选择•铂电阻温度与输出非理想线性关系，需作电抗到电压的转换，电路复杂，适合宽温范围测温。•DS1820采用一线串行数字控制，操作过程复杂，初学者不易掌握。•AD592输出电流与温度成线性关系，抗干扰能力强，精度满足设计要求，响应速度快

5、，信号调理电路容易实现。为首选测温传感器。五.电流/电压转换电路设计1.AD592特性分析T(℃)T=0℃T=100℃i(uA)i1=273uAi2=373uAi2-i1=100uA1uA/℃AD592电流表2.变送器特性分析T=0℃T=100℃vo=0Vvo=5VT(℃)5V/100℃=0.05V/℃V0(V)3.电流→电压转换电路方案⑴电阻取样电路T=0℃T=100℃R=1K+-T(℃)i=273uAi=373uAviVi=0.273VVi=0.373ViVi(V)⑵运算放大器电流→电压转换电路RV1V2Ri2i1i0V0i1=0i2=i0-i1=i0V

6、1=V2=0Vo=R×i0i0=0Vo=R×i0=0Vi0=100uAVo=R×i0=5VR=50KT=0℃i0=273uAVo=13.65VT=100℃i0=373uAVo=18.65Vi(uA)V0(V)六.放大与平移电路设计1.运算放大器电流→电压转换电路的平移方案⑴AD592的恒流补偿电路T=0℃T=100℃i1=273uAi1=373uAi2=273uAi2=273uAi=0uAi=100uAi1i2iAD592273uA恒流源T(℃)i(uA)⑵平移后的电流→电压转换电路特性i1i2iR150KRV1V2i2=+V/R1=273uAV1=V2=0

7、Vo=50×(i1-273)×10-3i=i1-i2=i1-273uAV0i1=273uA(0℃)i1=373uA(100℃)Vo=0VVo=5Vi(uA)V0(V)2.电阻取样电路的平移方案⑴电阻取样恒压补偿电路R=1K+-T(℃)vRVi(V)ivsT=0℃T=100℃VR=0.273VVR=0.373VVi=VR+VS=0VVi=VR+VS=0.1VVs=-0.273Vvi⑵用同相比例放大电路实现设计要求1K0.273VAD592viV0R1Rfv1V0(V)Vi(V)V1=Vi,Vo=V1(1+Rf/R1)V1=0V,解得：Rf/R1=49T=0℃,

8、T=100℃,Vo=V1×(1+Rf/R1)=0VV