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电流型热电偶温度变送器的设计
作者:   新闻来源:    点击:2332   日期:2008-9-17


一、前言 <br>
热电偶?*****ひ瞪瞎惴菏褂玫奈露却衅鳎畲蟮挠攀凭驮谟谖露炔饬糠段Ъ恚?
<br>
论上从-270℃的极低温度到2800℃的超高温度都可以测量,并且实际应用中在600℃-2000<br>
<br>
℃的温度范围内可以进行最精确的温度测量。在化工、石油、电力、冶炼等行业的自动化<br>
<br>
控制系统中热电偶发挥着对温度的监控作用。因此我们开发设计出一套具有较高精度和稳<br>
<br>
定性的实用性K型热电偶变送器">温度变送器。 <br>
<br>
二、设计构架 <br>
1.设计要求 <br>
整套系统要求在0~100℃范围对应输出4mA~20mA的电流型变送器">温度变送器。 <br>
在实际的工业化需求中,往往需要设计为标准信号的变送器,以便与仪表和后续接口<br>
<br>
电路兼容。在输出为模拟信号时,有电压型和电流型两种变送器。电压型变送器的输出为<br>
<br>
0~5v,虽然其在信号处理方面具有优势,但抗干扰能力较差,在远距离传输时信号衰减<br>
<br>
大,而电流型变送器却在这方面独具优势。因此在工业实践中得以广泛应用。 <br>
通常,电流型变送器有输出0~20mA和4~20mA两种。对于输出0~20mA的变送器,虽<br>
<br>
然电路调试及数据处理都比较简单。但对于输出4~20mA的变送器,能够在传感器线路不<br>
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通时,通过是否能检测到正常范围内的电流,判断电路是否出现故障,因此使用更为普遍<br>
<br>
。 <br>
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2.电路功能 <br>
(1)信号的放大 <br>
热电偶测温的原理是基于热电转换效应。虽然它集放热、转换为一体,能直接实现温<br>
<br>
度到电压的输出,但输出幅度很微小。如K型热电偶的灵敏度为0.04mv/℃。因此,对其信<br>
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号必须进行放大。 <br>
(2)温度补偿 <br>
当热电偶测温时,其冷端温度受环境变换影响较大,从而会影响最后测量的电信号。<br>
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为了能得到稳定的电信号,以便算出真实的待测温度,需要对热电偶的冷端进行温度补偿<br>
<br>
。 <br>
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3.原理框图 <br>
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4.主要器件 <br>
热电偶作为感温元件,采集温度信号;铂电阻作为补偿电阻,补偿热电偶的冷端温度<br>
<br>
;XTR101为小信号处理专用芯片,将输入的微弱信号放大后便于远端传输;RL为远端的负<br>
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载电阻,便于电信号的测量。 <br>
<br>
三、具体电路的设计 <br>
1.XTR101信号调理芯片 <br>
为了得到稳定的4mA~20mA的输出电流,我们选用常用的信号放大芯片XTR101。 <br>
XTR101是一个精密、低漂移的双线变送器,它可以把微弱的电压信号进行放大并变换成<br>
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4mA~20mA的电流信号后进行远距离传送。它由一个高精度的仪表放大器、压控输出电流<br>
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源和2个精密的1mA电流源组成。 <br>
其输入管脚为:3、4;输出管脚为:7、8;且;输出范围4mA~20mA;增益调节端为<br>
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Rs端;电源端Vcc=24V。 <br>
XTR101芯片电路图如图2所示,R1=1kΩ,R2=52.6Ω,R3=R4=1.25kΩ,Rs为调增益的<br>
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电阻。 <br>
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图2 XTR101芯片电路图 <br>
图中:I1=(V4-V3)/Rs=ein/Rs;I2=(V1-V3)/R3;I3=(V1-V4)/R4. <br>
且I4=I1+I2;I3=I1+0.1mA;I4=Ie。 <br>
可导出:Ie=2ein/Rs+ein/1250+0.1mA (1-1) <br>
又因为R1两端电压和R2两端电压相等,即Ie

 

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