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1、二线制温度变送器的设计摘要：本文介绍了采用专用集成电路设计pt100变送单元的电路设计,文章分析了系统实现的理论依据及硬件实现方案。利用Pt100铂热电阻的电阻-温度函数关系,将温度信号转换为电压信号,经过两级放大电路对电压信号进行放大,再将电压信号转换为标准的电流信号输出。在A/D温度采集时,利用精密电流电压转换芯片,将电流信号转换为标准的电压信号。实践证明,该传感器有较高的稳定性和灵活性,性能良好且容易实现,成本低,值得推广应用。关键词：二线制；温度；变送器；热电阻一、简介1、基本要求：（1）测温传感器用pt100（2）供电电源电压+24V
2、（3）输出信号为4~20mA电流（4）采用二线制2、二线制温度变送器与热电阻相配合，可以将温度信号线性地转换成4~20mA直流标准输出信号。二线制温度变送器应具有如下主要特点：（1）二根线完成电源的输入及4~20mA直流电流输出,即二根线既是电源线也是4~20mA标准信号输出线。（2）由于二线制一体化变送器安装在传感器接线盒中,所以必须有良好的可靠性、稳定性及较宽温度工作范围(0~85°C)和较小的温漂，同时要求体积尽可能小。（3）在热电阻温度变送器中采用了线性化电路，从而使变送器的4~20mA输出信号和被测温度呈线性关系。设计电路结构如图1所
3、示。图中粗线为电源线，细线为信号流程，两根外接导线既是电源线也是信号线。4~20mA信号体制为二线制设计提供了可能性，当被测信号从下量程到上量程（0％~100％）变化时，二根传输线上电流对应４~20mA变化；4mA作为变送器电路工作损耗电流，也易于识别断线断电故障。RL为信号采样负载电阻(RL≤250Ω)。V(AB)须大于12V以保证系统的正常工作。在电源正常(17~30V)的前提下,回路4~20mA电流I由输入热电阻R信号确定。通过框图我们可以看到，首先，需要对信号源所产生的信号进行采集，然后将采集到的信号进行放大、线性化调整、调零调满，最后
4、通过V/I转换把线性反映温度大小的电压信号转化为电流信号I1（0~16mA），加上电路的4mA静态工作电流I2形成4~20mA电流信号通过二线制电源线输出。对于热电偶变送器，采用一个小型CU50热电阻来测量冷端的温度，进行冷端补偿。两种变送器都采用了LM124集成运放，它是四组独立的高增益的内部频率补偿运算放大器。它可以适应本电路单电源工作的要求，电源电压范围大，温度特性很好，性价比高，在后面电路中所用运放全都是LM124。图2热电阻二线制变送器电路图二、热电阻二线制变送器的设计热电阻二线制变送器详细电路图如图2(Pt100为例)所示,下面就各
5、部分工作原理作一下介绍。1、信号采集电路热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化的特性测量温度,常用的有铂电阻Pt100、Pt10铜电阻Cu50、Cu100等。其阻值与温度关系可通过分度号表查询。图中是以Pt100热电阻为例（在这里，可以采用其他的热电阻，如Cu50、Cu100等），TL431是2.5V稳压二极管，D2是一个保护二极管，防止输入电压反接可能带来的对电路的影响或者破坏。R1是限流电阻，R2、R3、R4与R5(Pt100)配合使用，组成一个电阻测量电桥。由于一体化二线制热电阻变送器安装在接线盒内，引线电阻忽略不计。R1、R2、R3、R
6、4可以确定下来（其值见图2），其中热电阻R5随着温度变化而变化。R4根据采用的热电阻分度号不同而取不同的值。如Pt100测量时R4取100Ω，Cu50测量时R4取50Ω。电桥中间两点电压作为后续差动放大器的输入信号。分别为：因R2=R3>>R4及R5,故：2、一级放大电路和线性化调整电路该电路功能之一是把采集到的微弱信号放大,在本级电路中采取了差动放大。同时，与该放大电路连接在一起的还有一个正反馈非线性调整电路，它的主要功能是对热电阻与温度电阻间的非线性进行修正,保证放大器的输出电压被测温度成线性关系。R7、R8、R9以及LM124构成了放大电
7、路。对于该局部电路，输入信号来自采集到的信号V和V￠，输入信号分别各自经过R7、R8进入LM124的第一组运算放大器,得到输出电压V1（在这里没考虑非线性调整电路即反馈回路R6对电路输入的影响）。V1=V￠+R9(V-V￠)/R8此外，在该电路中还有一个非常重要的部分，那就是线性化调节电路，即本电路中的R6。对于线性化调节的过程以及原理，我们可以用图3加以解释。图中虚线表示没有进行线性化调节时输出电压随源温度变化时的曲线，图中实曲线则表示进行R6非线性化调节的具体过程，随着温度升高，输出电压随之提高，正反馈影响增强，只要R6阻值合适可刚好抵消热
8、电阻本身非线性的影响，使得输出电压和温度为线性关系，即图3中直线所示。根据线性化调整原理，线性调整电阻R6的反馈电压V反为： 则实际输出：由于热电阻
