CN105115619A - 热电偶检测的温度变送器 - Google Patents

Abstract

一种热电偶检测的温度变送器，包括防反二极管、第一分压电阻、稳压二极管、第二分压电阻、热电偶、滤波电容、热电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一输入电阻、第二输入电阻、第三输入电阻、第四输入电阻、第五输入电阻、第六输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、输出电阻、第一电位器、第一负载电阻以及第二负载电阻。本发明提供的热电偶检测的温度变送器，能够对热电偶的冷端温度变化进行补偿，提高温度检测的精度。

Description

热电偶检测的温度变送器

技术领域

本发明涉及传感器检测技术领域，特别涉及一种热电偶检测的温度变送器。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，在工业生产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数。在工业控制过程中，通常需要对控制对象进行温度监测，以防止控制对象由于温度过高而损坏，因此温度的实时监测就显得更加重要。对温度的实时监测有利于对控制对象进行及时检查和保护，并及时调整温度的高低。根据控制系统设计要求的不同，温度监测系统的设计也有所变化，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件的。热电偶温度变送器是采用热电偶作为测温元件，将温度信号转换为电压信号，并经过运算放大和电压电流转换等处理，将获得的电压信号转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。采用两线制电流环流传输温度信号，既能省去昂贵的补偿导线，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。

热电偶测量温度时要求其冷端的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的温度变化，将严重影响测量的准确性，因而需要在热电偶温度变送器中采取一定措施补偿由于热电偶的冷端温度变化造成的测量不准确性。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种热电偶检测的温度变送器，能够对热电偶的冷端温度变化进行补偿，提高温度检测的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种热电偶检测的温度变送器，包括防反二极管、第一分压电阻、稳压二极管、第二分压电阻、热电偶、滤波电容、热电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一输入电阻、第二输入电阻、第三输入电阻、第四输入电阻、第五输入电阻、第六输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、输出电阻、第一电位器、第一负载电阻以及第二负载电阻；

所述防反二极管的阳极连接电压源正极，所述防反二极管的阴极连接所述第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端连接所述稳压二极管的阴极和所述第二分压电阻的一端，所述稳压二极管的阳极连接所述滤波电容的一端、所述热电阻的一端和所述第二输入电阻的一端并接地，所述热电阻的另一端连接所述第二分压电阻的另一端和所述热电偶的冷端，所述热电偶的热端连接所述第一输入电阻的一端；

所述第一运算放大器的同相端连接所述第一输入电阻的另一端和所述滤波电容的另一端，所述第一运算放大器的反相端连接所述第二输入电阻的另一端和所述第一电位器的一个固定触点，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电位器的另一个固定触点、所述第一电位器的动触点和所述第三输入电阻的一端；

所述第二运算放大器的同相端连接所述第三输入电阻的另一端，所述第二运算放大器的反相端连接所述第四输入电阻的一端和所述第一反馈电阻的一端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第一反馈电阻的另一端和所述第六输入电阻的一端；

所述第三运算放大器的同相端连接所述第六输入电阻的另一端和所述第三反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的反相端连接所述第五输入电阻的一端和所述第二反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二反馈电阻的另一端和所述输出电阻的一端；

所述输出电阻的另一端连接所述第二负载电阻的一端和所述第三反馈电阻的另一端，所述第二负载电阻的另一端、所述第四输入电阻的另一端、所述第五输入电阻的另一端以及所述第一负载电阻的一端接地，所述第一负载电阻的另一端连接电压源负极。

本发明提供的热电偶检测的温度变送器，采用热电偶对温度信号进行采集，将温度信号转换为电压信号，然后对采集到的电压信号进行放大，并通过V/I转换把反映温度大小的电压信号转化为4~20mA电流信号通过两线制电源线输出。在信号采集过程中，采用热电阻对热电偶的冷端电压进行补偿。当热电偶的热电势随冷端温度的变化而变化时，热电阻两端的电压也随之反方向变化，自动补偿冷端温度变化对热电偶的热电势影响。

可选的，所述热电偶检测的温度变送器还包括调零电路，所述调零电路包括第一调整电阻、第二调整电阻、第三调整电阻以及第二电位器；

所述第一调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的同相端，所述第一调整电阻的另一端连接所述第二电位器的动触点，所述第二电位器的一个固定触点连接所述第二调整电阻的一端，所述第二电位器的另一个固定触点连接所述第三调整电阻的一端，所述第二调整电阻的另一端接地，所述第三调整电阻的另一端连接所述防反二极管的阴极。

可选的，所述热电偶检测的温度变送器还包括调满电路，所述第二运算放大器的输出端通过所述调满电路连接所述第六输入电阻的一端，所述调满电路包括第四调整电阻、第五调整电阻以及第三电位器；

所述第四调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四调整电阻的另一端连接所述第三电位器的一个固定触点，所述第三电位器的另一个固定触点连接所述第五调整电阻的一端，所述第五调整电阻的另一端接地，所述第三电位器的动触点连接所述第六输入电阻的一端。

可选的，所述热电阻为铜热电阻。

可选的，所述热电阻为Cu50。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的热电偶检测的温度变送器，在信号采集过程中，采用热电阻对热电偶的冷端电压进行补偿。当热电偶的热电势随冷端温度的变化而变化时，热电阻两端的电压也随之反方向变化，自动补偿冷端温度变化对热电偶的热电势影响，提高了温度检测的精度。进一步，本发明的热电偶检测的温度变送器电路简单、成本低，调零电路和调满电路易于调试。

附图说明

图1是本发明一种实施例的热电偶检测的温度变送器的电路图；

图2是本发明另一种实施例的热电偶检测的温度变送器的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明一种实施例的热电偶检测的温度变送器的电路图，所述热电偶检测的温度变送器包括防反二极管D1、第一分压电阻R11、稳压二极管D2、第二分压电阻R12、热电偶10、滤波电容C11、热电阻RT、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第一输入电阻R21、第二输入电阻R22、第三输入电阻R23、第四输入电阻R24、第五输入电阻R25、第六输入电阻R26、第一反馈电阻R31、第二反馈电阻R32、第三反馈电阻R33、输出电阻R41、第一电位器RW1、第一负载电阻RL1以及第二负载电阻RL2。

具体地，所述防反二极管D1的阳极连接电压源正极，所述防反二极管D1的阴极连接所述第一分压电阻R11的一端，所述第一分压电阻R11的另一端连接所述稳压二极管D2的阴极和所述第二分压电阻R12的一端，所述稳压二极管D2的阳极连接所述滤波电容C11的一端、所述热电阻RT的一端和所述第二输入电阻R22的一端并接地，所述热电阻RT的另一端连接所述第二分压电阻R12的另一端和所述热电偶10的冷端，所述热电偶10的热端连接所述第一输入电阻R21的一端；

所述第一运算放大器A1的同相端连接所述第一输入电阻R21的另一端和所述滤波电容C11的另一端，所述第一运算放大器A1的反相端连接所述第二输入电阻R22的另一端和所述第一电位器RW1的一个固定触点，所述第一运算放大器A1的输出端连接所述第一电位器RW1的另一个固定触点、所述第一电位器RW1的动触点和所述第三输入电阻R23的一端；

所述第二运算放大器A2的同相端连接所述第三输入电阻R23的另一端，所述第二运算放大器A2的反相端连接所述第四输入电阻R24的一端和所述第一反馈电阻R31的一端，所述第二运算放大器A2的输出端连接所述第一反馈电阻R31的另一端和所述第六输入电阻R26的一端；

所述第三运算放大器A3的同相端连接所述第六输入电阻R26的另一端和所述第三反馈电阻R33的一端，所述第三运算放大器A3的反相端连接所述第五输入电阻R25的一端和所述第二反馈电阻R32的一端，所述第三运算放大器A3的输出端连接所述第二反馈电阻R32的另一端和所述输出电阻R41的一端；

所述输出电阻R41的另一端连接所述第二负载电阻RL2的一端和所述第三反馈电阻R33的另一端，所述第二负载电阻RL2的另一端、所述第四输入电阻R24的另一端、所述第五输入电阻R25的另一端以及所述第一负载电阻RL1的一端接地，所述第一负载电阻RL1的另一端连接电压源负极。

需要说明的是，所述热电阻RT可以为铜热电阻。在本实施例中，以所述热电阻RT为铜热电阻Cu50为例说明本实施例的热电偶检测的温度变送器的工作原理。

所述防反二极管D1为保护二极管，防止电压源反接可能带来的对电路的影响或者破坏。通过所述第一分压电阻R11和所述稳压二极管D2分压，使所述稳压二极管D2两端的电压保持在一稳定值，为冷端补偿提供直流电源。当所述热电偶10的热电势随冷端温度的变化而变化时，所述热电阻RT两端的电压也随之反方向变化，自动补偿冷端温度变化对热电偶热电势的影响。进行补偿后，所述热电偶10输出信号作为后续运算放大器的输入信号。

所述第一输入电阻R21、所述第二输入电阻R22、所述滤波电容C11、所述第一电位器RW1以及所述第一运算放大器A1构成一级放大电路，该一级放大电路的输入信号来自所述热电偶10。由于所述热电偶10的热电势很小，微小的纹波干扰也会对测量结果造成较大影响，因而在本实施例中设置所述滤波电容C11对输入一级放大电路的热电势进行滤波处理。所述第一电位器RW1为一级放大电路提供反馈电阻，通过调节所述第一电位器RW1的电阻值，可以改变一级放大电路的放大倍数，调节一级放大电路输出电压的线性度，以提高温度检测的精度。

所述第三输入电阻R23、所述第四输入电阻R24、所述第一反馈电阻R31以及所述第二运算放大器A2构成二级放大电路，该二级放大电路的输入信号来自前述一级放大电路，所述第一反馈电阻R31决定了二级放大电路的放大倍数。

所述第五输入电阻R25、所述第六输入电阻R26、所述第二反馈电阻R32、所述第三反馈电阻R33、所述输出电阻R41以及所述第三运算放大器A3构成V/I转换电路，所述第二负载电阻RL2为V/I转换电路的负载，所述第一负载电阻RL1为整个电路的负载电阻。

图2是本发明另一种实施例的热电偶检测的温度变送器的电路图，与图1对应的实施例相比，本实施例的热电偶检测的温度变送器还包括调零电路和调满电路。所述调零电路包括第一调整电阻RX1、第二调整电阻RX2、第三调整电阻RX3以及第二电位器RW2；所述第二运算放大器A2的输出端通过所述调满电路连接所述第六输入电阻R26的一端，所述调满电路包括第四调整电阻RX4、第五调整电阻RX5以及第三电位器RW3。

具体地，所述第一调整电阻RX1的一端连接所述第二运算放大器A2的同相端，所述第一调整电阻RX1的另一端连接所述第二电位器RW2的动触点，所述第二电位器RW2的一个固定触点连接所述第二调整电阻RX2的一端，所述第二电位器RW2的另一个固定触点连接所述第三调整电阻RX3的一端，所述第二调整电阻RX2的另一端接地，所述第三调整电阻RX3的另一端连接所述防反二极管D1的阴极。所述调零电路实质是调节一级放大电路的输出电压，通过在一级放大电路的同相输入端叠加一个调零电压，使不足4mA的静态工作电流达到4mA。

所述第四调整电阻RX4的一端连接所述第二运算放大器A2的输出端，所述第四调整电阻RX4的另一端连接所述第三电位器RW3的一个固定触点，所述第三电位器RW3的另一个固定触点连接所述第五调整电阻RX5的一端，所述第五调整电阻RX5的另一端接地，所述第三电位器RW3的动触点连接所述第六输入电阻R26的一端。所述调满电路对二级放大电路的输出电压进行分压，通过对所述第三电位器RW3的调节，使得最后输出达到要求的输出结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热电偶检测的温度变送器，其特征在于，包括防反二极管、第一分压电阻、稳压二极管、第二分压电阻、热电偶、滤波电容、热电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一输入电阻、第二输入电阻、第三输入电阻、第四输入电阻、第五输入电阻、第六输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻、输出电阻、第一电位器、第一负载电阻以及第二负载电阻；

所述防反二极管的阳极连接电压源正极，所述防反二极管的阴极连接所述第一分压电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端连接所述稳压二极管的阴极和所述第二分压电阻的一端，所述稳压二极管的阳极连接所述滤波电容的一端、所述热电阻的一端和所述第二输入电阻的一端并接地，所述热电阻的另一端连接所述第二分压电阻的另一端和所述热电偶的冷端，所述热电偶的热端连接所述第一输入电阻的一端；

所述第一运算放大器的同相端连接所述第一输入电阻的另一端和所述滤波电容的另一端，所述第一运算放大器的反相端连接所述第二输入电阻的另一端和所述第一电位器的一个固定触点，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电位器的另一个固定触点、所述第一电位器的动触点和所述第三输入电阻的一端；

所述第二运算放大器的同相端连接所述第三输入电阻的另一端，所述第二运算放大器的反相端连接所述第四输入电阻的一端和所述第一反馈电阻的一端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第一反馈电阻的另一端和所述第六输入电阻的一端；

所述第三运算放大器的同相端连接所述第六输入电阻的另一端和所述第三反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的反相端连接所述第五输入电阻的一端和所述第二反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二反馈电阻的另一端和所述输出电阻的一端；

所述输出电阻的另一端连接所述第二负载电阻的一端和所述第三反馈电阻的另一端，所述第二负载电阻的另一端、所述第四输入电阻的另一端、所述第五输入电阻的另一端以及所述第一负载电阻的一端接地，所述第一负载电阻的另一端连接电压源负极。

2.根据权利要求1所述的热电偶检测的温度变送器，其特征在于，还包括调零电路，所述调零电路包括第一调整电阻、第二调整电阻、第三调整电阻以及第二电位器；

所述第一调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的同相端，所述第一调整电阻的另一端连接所述第二电位器的动触点，所述第二电位器的一个固定触点连接所述第二调整电阻的一端，所述第二电位器的另一个固定触点连接所述第三调整电阻的一端，所述第二调整电阻的另一端接地，所述第三调整电阻的另一端连接所述防反二极管的阴极。

3.根据权利要求1所述的热电偶检测的温度变送器，其特征在于，还包括调满电路，所述第二运算放大器的输出端通过所述调满电路连接所述第六输入电阻的一端，所述调满电路包括第四调整电阻、第五调整电阻以及第三电位器；

所述第四调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四调整电阻的另一端连接所述第三电位器的一个固定触点，所述第三电位器的另一个固定触点连接所述第五调整电阻的一端，所述第五调整电阻的另一端接地，所述第三电位器的动触点连接所述第六输入电阻的一端。

4.根据权利要求1所述的热电偶检测的温度变送器，其特征在于，所述热电阻为铜热电阻。

5.根据权利要求1所述的热电偶检测的温度变送器，其特征在于，所述热电阻为Cu50。