CN103884443A - 一种温度变送器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度变送器，包括电连接的铂热电阻、非线性修正调节电路、桥路电阻电路、输出满度调节电路和4-20mA变送电路；非线性修正调节电路，用于对铂热电阻和桥路电阻电路的非线性进行调节；桥路电阻电路，根据铂热电阻的阻值随温度的变化得到电压差，输出至4-20mA变送电路；输出满度调节电路，用来对温度的测量范围进行调节；4-20mA变送电路，用于为桥路电阻电路提供+5V电压基准源，并接收桥路电阻电路输出的电压差，将电压信号转换成4-20mA的线性信号输出，非线性修正调节电路对铂热电阻和桥路电阻电路的非线性进行调节，4-20mA变送电路输出的线性信号的非线性误差小；输出满度调节电路可以对温度测量范围进行调节，可以保证在较宽测量范围内测量的高精度。

Description

一种温度变送器
技术领域
本发明涉及一种温度变送装置，具体的说，涉及一种能够对铂热电阻与温度之间的非线性关系进行修正的温度变送器，属于电子技术领域。
背景技术
目前，铂热电阻是工业生产过程中最常用的温度传感器。铂热电阻具有测量范围大、精度高、稳定性好和耐氧化等特点，因此，在中低温区得到了非常广泛的应用。铂热电阻的阻值和温度之间具有非线性关系，在铂热电阻传感器应用中，经常利用不平衡电桥电路把传感器的电阻变化转变为电压，但是由于桥臂电阻和电桥输出电压之间存在非线性关系，铂热电阻的非线性和不平衡电桥固有的非线性给温度测量带来很大的非线性误差。特别是测温范围较宽时，其非线性更明显。
根据国际电工委员会提供的数据，铂热电阻的电阻－温度关系式为：
-200℃-0℃时：Rt= R0（1+At+Bt2+Ct3（t-100））
0℃-800℃时： Rt= R0（1+At+Bt2）
其中，A＝3.90802×10－3；B＝－5.802×10－7；C＝－4.27350×10－12。随着测量范围的增大，非线性越来越严重。当温度测量范围为－200℃～850℃时，铂热电阻的最大非线性达到4.6%,减小温度测量范围，将使非线性减小,但是，当精度要求高或测温范围宽时，就必须解决非线性问题。
不平衡电桥的非线性：常用的不平衡电桥测温电路如下图所示，图中Rt为铂热电阻。
Figure 824193DEST_PATH_IMAGE001
由上图可知： 
 U0= U0（R2／（R0+R2）- R1／（Rt+R1））   （3-1）
     令R1= R2，Rt= R0+R△t，可得
     U0= U*R1* R△t／（（R0+R1）（R0+R1+R△t））（3-2）
    当R0+R1比R△t大得多时，即传感器电阻的相对变化量R△t／（R0+R1）很小时，
式（3-2）可以作线性化处理：
U0= U*R1* R△t／（R0+R1）2
这时，输出电压U0与传感器电阻的变化量RΔt／(R0＋R1)近似成线性关系，
此时对测量精度的影响较小。但随着传感器电阻的相对变化量RΔt／(R0＋R1)的增大，非线性误差越来越大，因而极大地影响了电桥的测量准确度。另外，由式(3—2)可知，电桥输出电压U0与电桥供电电源的电压成正比关系，因此，供电电源电压的波动也将直接影响测量精度。
铂热电阻的非线性和不平衡电桥的非线性都给最后的温度测量带来一定的非线性误差。所以，当精度要求高或测温范围宽时，就必须解决线性化问题。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种非线性误差小、测量精度高的温度变送器。
为解决以上问题，本发明所采用的技术方案是：一种温度变送器，其特征在于：所述温度变送器包括电连接的铂热电阻、非线性修正调节电路、桥路电阻电路、输出满度调节电路和4-20mA变送电路；
非线性修正调节电路，用于对铂热电阻和桥路电阻电路的非线性进行调节；
桥路电阻电路，根据铂热电阻的阻值随温度的变化得到电压差，输出至4-20mA变送电路；
输出满度调节电路，用来对温度的测量范围进行调节；
4-20mA变送电路，用于为桥路电阻电路提供+5V电压基准源，并接收桥路电阻电路输出的电压差，将电压信号转换成4-20mA的线性信号输出。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述4-20mA变送电路包括集成电路IC、电阻R28、三极管Q2和电容C5，集成电路IC的7脚连接电容C5、电阻R28的一端，电容C5的另一端接集成电路IC的10脚和三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接集成电路IC的9脚，三极管Q2的发射极连接集成电路IC的8脚。
所述非线性修正调节电路包括电位器TZ4和电阻R16，电位器TZ4和电阻R16串联在集成电路IC的1脚和11脚之间，集成电路IC的11脚连接电位器TZ4动触片。
所述桥路电阻电路包括电容C4、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电阻R26和用来调节输出零点的电位器TZ6，集成电路IC的2脚连接电容C4和电阻R25的一端，集成电路IC的5脚连接电容C4的另一端及电阻R23、电阻R24和电阻R26的一端，电位器TZ6连接在集成电路IC的12脚和14脚之间，电阻R25和电阻R26的另一端接集成电路IC的12脚，电阻R24的另一端接电位器TZ6的动触片。
所述输出满度调节电路包括电阻R22和电位器TZ5，电位器TZ5和电阻R22串联在集成电路IC的3脚和4脚之间，集成电路IC的3脚连接电位器TZ5的动触片。
所述铂热电阻为三线制铂热电阻，电阻R23的另一端接铂热电阻的2脚，铂热电阻的3脚经电阻R19接集成电路IC的14脚，铂热电阻的1脚接集成电路IC的2脚。
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：非线性修正调节电路对铂热电阻和桥路电阻电路的非线性进行调节，4-20mA变送电路输出的线性信号的非线性误差小；输出满度调节电路可以对温度测量范围进行调节，可以保证在较宽测量范围内测量的高精度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
附图为本发明实施例中温度变送器的电路原理图；
图中， 
1-铂热电阻，2-非线性修正调节电路，3-桥路电阻电路，4-输出满度调节电路，5-4-20mA变送电路。
具体实施方式
实施例，如图所示，温度变送器，包括电连接的铂热电阻1、非线性修正调节电路2、桥路电阻电路3、输出满度调节电路4和4-20mA变送电路5，铂热电阻1是型号PT100的三线制铂热电阻。
非线性修正调节电路2包括串联的电位器TZ4和电阻R16,用于对铂热电阻1和桥路电阻电路3的非线性进行调节。
桥路电阻电路3包括电容C4、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电阻R26和用来调节输出零点的电位器TZ6，根据铂热电阻1的阻值随温度的变化得到电压差，输出至4-20mA变送电路5。
输出满度调节电路4包括串联的电阻R22和电位器TZ5，用来对温度的测量范围进行调节。
4-20mA变送电路5包括型号为XTR106的集成电路IC、电阻R28、三极管Q2和电容C5，用于为桥路电阻电路3提供+5V电压基准源，基准电压源的精度为0.05%，可带2.5mA的负载电流，并接收桥路电阻电路3输出的电压差，将电压信号转换成4-20mA线性信号输出。
电位器TZ4和电阻R16串联在集成电路IC的1脚和11脚之间，集成电路IC的11脚连接电位器TZ4动触片，集成电路IC的2脚连接电容C4和电阻R25的一端以及铂热电阻1的1脚，电位器TZ5和电阻R22串联在集成电路IC的3脚和4脚之间，集成电路IC的3脚连接电位器TZ5的动触片，集成电路IC的5脚连接电容C4的另一端及电阻R23、电阻R24和电阻R26的一端，电位器TZ6连接在集成电路IC的12脚和14脚之间，电阻R25和电阻R26的另一端接集成电路IC的12脚，电阻R24的另一端接电位器TZ6的动触片，电阻R23的另一端接铂热电阻1的2脚，铂热电阻1的3脚经电阻R19接集成电路IC的14脚，集成电路IC的7脚连接电容C5、电阻R28的一端，电容C5的另一端接集成电路IC的10脚和三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接集成电路IC的9脚，三极管Q2的发射极连接集成电路IC的8脚。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制。在本发明技术方案的启示下，本领域技术人员可以不经创造性劳动，采用其它方式实现本发明的目的，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种温度变送器，其特征在于：所述温度变送器包括电连接的铂热电阻（1）、非线性修正调节电路（2）、桥路电阻电路（3）、输出满度调节电路（4）和4-20mA变送电路（5）；
非线性修正调节电路（2），用于对铂热电阻（1）和桥路电阻电路（3）的非线性进行调节；
桥路电阻电路（3），根据铂热电阻（1）的阻值随温度的变化得到电压差，输出至4-20mA变送电路（5）；
输出满度调节电路（4），用来对温度的测量范围进行调节；
4-20mA变送电路（5），用于为桥路电阻电路（3）提供+5V电压基准源，并接收桥路电阻电路（3）输出的电压差，将电压信号转换成4-20mA的线性信号输出。
2.如权利要求1所述的温度变送器，其特征在于：所述4-20mA变送电路（5）包括集成电路IC、电阻R28、三极管Q2和电容C5，集成电路IC的7脚连接电容C5、电阻R28的一端，电容C5的另一端接集成电路IC的10脚和三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极连接集成电路IC的9脚，三极管Q2的发射极连接集成电路IC的8脚。
3.如权利要求2所述的温度变送器，其特征在于：所述非线性修正调节电路（2）包括电位器TZ4和电阻R16，电位器TZ4和电阻R16串联在集成电路IC的1脚和11脚之间，集成电路IC的11脚连接电位器TZ4动触片。
4.如权利要求2所述的温度变送器，其特征在于：所述桥路电阻电路（3）包括电容C4、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电阻R26和用来调节输出零点的电位器TZ6，集成电路IC的2脚连接电容C4和电阻R25的一端，集成电路IC的5脚连接电容C4的另一端及电阻R23、电阻R24和电阻R26的一端，电位器TZ6连接在集成电路IC的12脚和14脚之间，电阻R25和电阻R26的另一端接集成电路IC的12脚，电阻R24的另一端接电位器TZ6的动触片。
5.如权利要求2所述的温度变送器，其特征在于：所述输出满度调节电路（4）包括电阻R22和电位器TZ5，电位器TZ5和电阻R22串联在集成电路IC的3脚和4脚之间，集成电路IC的3脚连接电位器TZ5的动触片。
6.如权利要求4所述的温度变送器，其特征在于：所述铂热电阻（1）为三线制铂热电阻，电阻R23的另一端接铂热电阻（1）的2脚，铂热电阻（1）的3脚经电阻R19接集成电路IC的14脚，铂热电阻（1）的1脚接集成电路IC的2脚。
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