CN204924484U - 两线制温度变送器 - Google Patents

Abstract

一种两线制温度变送器，包括防反二极管、第一电桥电阻、第二电桥电阻、第三电桥电阻、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、第四反馈电阻、输出电阻、第一调整电阻、第一负载电阻以及第二负载电阻。本实用新型提供的两线制温度变送器，能够对热电阻的电阻值和温度之间的非线性关系进行校正，提高温度检测的精度。

Description

两线制温度变送器

技术领域

本实用新型涉及传感器检测技术领域，特别涉及一种两线制温度变送器。

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。热电阻温度变送器是采用热电阻作为测温元件，根据热电阻的电阻值随温度变化的特性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。

因热电阻具有测量范围大、稳定性好、示值复现性高和耐氧化等优点，热电阻温度变送器在-200℃~650℃温度范围内的温度检测得到了广泛应用。然而，由于热电阻的电阻值和温度之间的关系是非线性的，因而需要在热电阻温度变送器中设计相应地线性校正电路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种两线制温度变送器，能够对热电阻的电阻值和温度之间的非线性关系进行校正，提高温度检测的精度。

为解决上述问题，本实用新型提供一种两线制温度变送器，包括防反二极管、第一电桥电阻、第二电桥电阻、第三电桥电阻、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、第四反馈电阻、输出电阻、第一调整电阻、第一负载电阻以及第二负载电阻；

所述防反二极管的阳极适于连接电压源正极，所述防反二极管的阴极连接所述第一电桥电阻的一端和所述第二电桥电阻的一端，所述第一电桥电阻的另一端连接所述第三电桥电阻的一端和所述第二输入电阻的一端，所述第二电桥电阻的另一端连接所述热电阻的一端、所述第一输入电阻的一端以及所述第一调整电阻的一端，所述第三电桥电阻的另一端和所述热电阻的另一端接地；

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，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反馈电阻的一端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一调整电阻的另一端、所述第一反馈电阻的另一端以及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二反馈电阻的一端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二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四反馈电阻的一端，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三反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第三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四反馈电阻的另一端，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。

本实用新型提供的两线制温度变送器，采用热电阻和普通电阻搭建电阻电桥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。在电压信号放大过程中，通过设置所述第一调整电阻形成正反馈。随着温度升高，输出电压随之提高，正反馈影响增强，只要所述第一调整电阻的阻值合适可刚好抵消热电阻本身非线性的影响，使得输出电压和温度为线性关系。

可选的，所述两线制温度变送器还包括调零电路，所述调零电路包括第二调整电阻、第三调整电阻、第四调整电阻以及第一电位器；

所述第二调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的同相端，所述第二调整电阻的另一端连接所述第一电位器的动触点，所述第一电位器的一个固定触点连接所述第三调整电阻的一端，所述第一电位器的另一个固定触点连接所述第四调整电阻的一端，所述第三调整电阻的另一端接地，所述第四调整电阻的另一端连接所述防反二极管的阴极。

可选的，所述两线制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五调整电阻、第六调整电阻以及第二电位器；

所述第五调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第五调整电阻的另一端连接所述第二电位器的一个固定触点，所述第二电位器的另一个固定触点连接所述第六调整电阻的一端，所述第六调整电阻的另一端接地，所述第二电位器的动触点连接所述第六输入电阻的一端。

可选的，所述两线制温度变送器还包括稳压二极管；所述稳压二极管的阴极连接所述防反二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地。

可选的，所述热电阻为铂电阻。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的两线制温度变送器，通过设置所述第一调整电阻在第一级放大电路中形成正反馈。随着温度升高，输出电压随之提高，正反馈影响增强，只要所述第一调整电阻的阻值合适可刚好抵消热电阻本身非线性的影响，使得输出电压和温度为线性关系，提高了温度检测的精度。进一步，本实用新型的两线制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是本实用新型一种实施例的两线制温度变送器的电路图；

图2是本实用新型另一种实施例的两线制温度变送器的电路图；

图3是本实用新型又一种实施例的两线制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，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

图1是本实用新型一种实施例的两线制温度变送器的电路图，所述两线制温度变送器包括防反二极管D1、第一电桥电阻R11、第二电桥电阻R12、第三电桥电阻R13、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、第四反馈电阻R34、输出电阻R41、第一调整电阻RX1、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的阳极适于连接电压源正极，所述防反二极管D1的阴极连接所述第一电桥电阻R11的一端和所述第二电桥电阻R12的一端，所述第一电桥电阻R11的另一端连接所述第三电桥电阻R13的一端和所述第二输入电阻R22的一端，所述第二电桥电阻R12的另一端连接所述热电阻RT的一端、所述第一输入电阻R21的一端以及所述第一调整电阻RX1的一端，所述第三电桥电阻R13的另一端和所述热电阻RT的另一端接地；

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，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反馈电阻R31的一端，所述第一运算放大器A1的输出端连接所述第一调整电阻RX1的另一端、所述第一反馈电阻R31的另一端以及所述第三输入电阻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的一端和所述第二反馈电阻R32的一端，所述第二运算放大器A2的输出端连接所述第二反馈电阻R32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的另一端和所述第四反馈电阻R34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的一端和所述第三反馈电阻R33的一端，所述第三运算放大器A3的输出端连接所述第三反馈电阻R33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的一端和所述第四反馈电阻R34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可以为铂电阻，也可以为铜电阻。在本实施例中，以所述热电阻RT为铂电阻Pt100为例说明本实施例的两线制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。所述第一电桥电阻R11、所述第二电桥电阻R12、所述第三电桥电阻R13与所述热电阻RT构成电阻测量电桥，电桥中间两点电压作为后续运算放大器的输入信号。所述第一电桥电阻R11、所述第二电桥电阻R12以及所述第三电桥电阻R13的电阻值固定，所述热电阻RT的电阻值随着温度变化而变化。

所述第一输入电阻R21、所述第二输入电阻R22、所述第一反馈电阻R31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电阻测量电桥。在本实施例中，通过设置所述第一调整电阻RX1在一级放大电路中形成正反馈。随着温度升高，一级放大电路的输出电压随之提高，正反馈影响增强，只要所述第一调整电阻RX1的阻值合适可刚好抵消所述热电阻RT1本身非线性的影响，使得一级放大电路的输出电压和温度为线性关系，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、所述第二反馈电阻R32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，所述第二反馈电阻R32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、所述第三反馈电阻R33、所述第四反馈电阻R34、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是本实用新型另一种实施例的两线制温度变送器的电路图，与图1对应的实施例相比，本实施例的两线制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二调整电阻RX2、第三调整电阻RX3、第四调整电阻RX4以及第一电位器RW1；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五调整电阻RX5、第六调整电阻RX6以及第二电位器RW2。

具体地，所述第二调整电阻RX2的一端连接所述第二运算放大器A2的同相端，所述第二调整电阻RX2的另一端连接所述第一电位器RW1的动触点，所述第一电位器RW1的一个固定触点连接所述第三调整电阻RX3的一端，所述第一电位器RW1的另一个固定触点连接所述第四调整电阻RX4的一端，所述第三调整电阻RX3的另一端接地，所述第四调整电阻RX4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。

所述第五调整电阻RX5的一端连接所述第二运算放大器A2的输出端，所述第五调整电阻RX5的另一端连接所述第二电位器RW2的一个固定触点，所述第二电位器RW2的另一个固定触点连接所述第六调整电阻RX6的一端，所述第六调整电阻RX6的另一端接地，所述第二电位器RW2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，通过对所述第二电位器RW2的调节，使得最后输出达到要求的输出结果。

图3是本实用新型另一种实施例的两线制温度变送器的电路图，与图1对应的实施例相比，本实施例的两线制温度变送器还包括稳压二极管D2。所述稳压二极管D2的阴极连接所述防反二极管D1的阴极，所述稳压二极管D2的阳极接地。通过设置所述稳压二极管D2，能够提升对温度变送器供电的稳定性。

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

Claims (5)

1.一种两线制温度变送器，其特征在于，包括防反二极管、第一电桥电阻、第二电桥电阻、第三电桥电阻、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、第四反馈电阻、输出电阻、第一调整电阻、第一负载电阻以及第二负载电阻；

所述防反二极管的阳极适于连接电压源正极，所述防反二极管的阴极连接所述第一电桥电阻的一端和所述第二电桥电阻的一端，所述第一电桥电阻的另一端连接所述第三电桥电阻的一端和所述第二输入电阻的一端，所述第二电桥电阻的另一端连接所述热电阻的一端、所述第一输入电阻的一端以及所述第一调整电阻的一端，所述第三电桥电阻的另一端和所述热电阻的另一端接地；

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，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反馈电阻的一端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一调整电阻的另一端、所述第一反馈电阻的另一端以及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二反馈电阻的一端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二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四反馈电阻的一端，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三反馈电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第三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四反馈电阻的另一端，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所述的两线制温度变送器，其特征在于，还包括调零电路，所述调零电路包括第二调整电阻、第三调整电阻、第四调整电阻以及第一电位器；

所述第二调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的同相端，所述第二调整电阻的另一端连接所述第一电位器的动触点，所述第一电位器的一个固定触点连接所述第三调整电阻的一端，所述第一电位器的另一个固定触点连接所述第四调整电阻的一端，所述第三调整电阻的另一端接地，所述第四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所述的两线制温度变送器，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五调整电阻、第六调整电阻以及第二电位器；

所述第五调整电阻的一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第五调整电阻的另一端连接所述第二电位器的一个固定触点，所述第二电位器的另一个固定触点连接所述第六调整电阻的一端，所述第六调整电阻的另一端接地，所述第二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所述的两线制温度变送器，其特征在于，还包括稳压二极管；

所述稳压二极管的阴极连接所述防反二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的两线制温度变送器，其特征在于，所述热电阻为铂电阻。