CN209485563U - 一种利用xtr115电流环电路构成的铂电阻温度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于检测领域，具体涉及一种利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器。变送器由恒流源电路、等效负电阻电路、高共模抑制比的差动放大器电路、增益为1的差动放大器电路、输出驱动电路和直流稳压电源构成。在被测温度的下限，调节RP2使在接受器上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节RP1使在接受器上的电流为20mA；正常测温时，流过负载电阻RL的变送输出电流为4～20mA。本实用新型不仅能提高温度信号的测量精度,而且适用于远距离传输。

Description

一种利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器

技术领域

本实用新型属于检测领域，涉及一种利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器。

背景技术

温度检测在工业应用中占相当大的比重，大多数情况下，温度传感器在很恶劣、嘈杂的环境中工作，测量仪器要远离传感器，实际需要的传输线很长。但是工业现场进行长线传输时，往往会产生以下问题：1)传输线会受到噪声的干扰；2)传输线的分布电阻会产生电压降；3)现场无法提供仪表放大器的工作电压。为了解决上述问题并避开相关噪声的影响，通常用电流来传输信号，这是因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而将低于4mA和高于20mA的信号用作各种故障的报警。电流环电路亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4～20mA的电流信号。电流环电路，根据器件位置的不同又可划分成以下两种类型：两线制和三线制。两线系统是电流环器件和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的电流环器件供电，通过4～20mA来反映信号的大小。

铂电阻温度传感器具有稳定性好、温度范围宽、抗震动、抗冲击等优点，在温度检测系统中应用广泛。为了提高铂电阻温度信号的远距离传输能力，研制铂电阻电流变送器具有重要的实用价值。

本实用新型，利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器，不仅能提高温度信号的测量精度,而且适用于远距离传输。

实用新型内容

本实用新型所采用的技术方案是：

铂电阻温度变送器由测量电桥、差动放大器、电流环变换电路、输出驱动电路和直流稳压电源构成；

直流稳压电源V_PS为温度变送器提供电源，电压范围12～36VDC；

测量电桥由温度传感器PT、参考电阻RE1＝100Ω、参考电阻RE2＝100Ω、参考电阻RE3＝100Ω、调零电位器W1＝1KΩ及恒流二极管D1组成，温度传感器PT、参考电阻RE1、RE2、RE3组成测量桥路，恒流二极管D1为测量桥路提供2mA的供电电流；温度传感器PT型号为铂电阻PT100，恒流二极管D1型号为D12HD2；

差动放大器由运放U2、增益调节电阻R_G＝353.68Ω组成，运放U2选用型号为INA128高精度运算放大器；运放U2组成差动放大电路；

温度传感器PT的一端、参考电阻RE3的一端、调零电位器W1的固定端的一端相联并接到运放U2的4脚，参考电阻RE1的一端、参考电阻RE2的一端、调零电位器W1的固定端的另一端相联并接到运放U2的3脚，温度传感器PT的另一端、参考电阻RE1的另一端相联并接到恒流二极管D1的正端，参考电阻RE2的另一端、参考电阻RE3的另一端、调零电位器W1的可调端相联并接到运放U2的2脚；恒流二极管D1的负端接到运放U2的7脚，增益调节电阻R_G接到运放U2的1脚和8脚；

电流环变换电路由电流环变换电路U1、输入电阻R_IN＝31.25KΩ、电流偏置电阻R_S＝193.2KΩ组成，电流环变换电路U1型号为XTR115；运放U2的7脚和电流环变换电路U1的8脚相联，运放U2的2脚和电流环变换电路U1的3脚相联，运放U2的5脚和电流环变换电路U1的1脚相联；输入电阻R_IN接到电流环变换电路U1的2脚和运放U2的6脚，电流偏置电阻R_S接到电流环变换电路U1的1脚和电流环变换电路U1的2脚；电流环变换电路U1的1脚通过长的连接线接到直流稳压电源V_PS的正端；

输出驱动电路由驱动三极管T1和负载电阻RL组成，驱动三极管T1型号为2SC1846；驱动三极管T1的b脚接到电流环变换电路U1的6脚，驱动三极管T1的e脚到电流环变换电路U1的5脚，驱动三极管Q的c脚接到电流环变换电路U1的7脚；负载电阻R_L一端与直流稳压电源V_PS的负端相联，负载电阻R_L另一端通过长的连接线与电流环变换电路U1的4脚相联；

在被测温度的下限，调节R_IN使在负载R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节R_G使在负载R_L上的电流为20mA；正常测温时，流过负载电阻R_L的变送输出电流为4～20mA。

本实用新型的有益效果是：利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器，减少了传输线的噪声干扰和传输线的分布电阻产生的电压降，提高了可靠性和准确度，具有抗干扰能力强，传输准确的特点。

附图说明

附图1是一种利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器线路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型装置的具体实施方式做进一步说明。

温度传感器PT和RE1、RE2、RE3组成测量桥路，恒流二极管D1为测量桥路提供2mA的供电电流，运算放大器INA128组成差动放大电路，输出被偏置在V_Q＝2.5V的工作点上。放大器的输出通过电阻R_IN接到电流环变换电路XTR115。运算放大器INA128的静态电流为700μA；所以输出端还须加入1.3mA的偏置电流，这个电流可以通过电流偏置电阻R_S获得，RS＝2.5V/(1.3mA/100)＝192.3kΩ。

假如温度的测量范围是±100℃。在0℃时放大器的输出电压为V_P＝V_Q＝2.5V，而这时电流环的输出电流应I₀＝4mA+16/2mA＝12mA。而信号变化产生的电流应该在I_0SIGNAL＝16mA/2＝8mA。流过R_IN的电流应该是I₃＝8mA/100＝80μA。

电阻R_IN应该是R_IN＝2.5V/80μA＝31.25kΩ。在100℃时电流环的输出电流应该是I₀＝20mA。相对0℃时的输出增量是ΔI₀＝8mA。流过电阻R_IN的电流增量应该是ΔI₃＝8mA/100＝80μA。这时放大器的输出电压增量应该是ΔV_P＝25k×80μA＝2.5V。而此时电桥的输出电压增量仅仅是ΔV_T＝17.56mV。所以放大器的增益应该为G＝2.5V/17.56mV＝142.37倍。RG＝50k/(G-1)＝353.68Ω。

当温度在0℃时，电桥平衡，放大器的输出电压为V_P＝V_Q＝2.5V。电流环的输出电流I₀＝12mA。当温度在100℃时，放大器的输出电压为VP＝5V。电流环的输出电流I₀＝20mA。当温度在-100℃时，放大器的输出电压为VP＝0V。电流环的输出电流I₀＝4mA。

驱动三极管T1只要选用V_ceo>36V，I_cmax>32mA，P_outmax>1.2W的NPN三极管即可。如：2SC1846、2SC2568、2SC2611、2SC2621等均可。

调试时应采用实际连接的传输线进行校准，在被测温度的下限，调节RP2使在负载R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节RP1使在负载R_L上的电流为20mA。实际使用时可用调零电位器W1进行调零。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用XTR115电流环电路构成的铂电阻温度变送器，其特征在于，温度变送器由测量电桥、差动放大器、电流环变换电路、输出驱动电路和直流稳压电源构成；

直流稳压电源V_PS为温度变送器提供电源，电压范围12～36VDC；

测量电桥由温度传感器PT、参考电阻RE1＝100Ω、参考电阻RE2＝100Ω、参考电阻RE3＝100Ω、调零电位器W1＝1KΩ及恒流二极管D1组成，温度传感器PT、参考电阻RE1、RE2、RE3组成测量桥路，恒流二极管D1为测量桥路提供2mA的供电电流；温度传感器PT型号为铂电阻PT100，恒流二极管D1型号为D12HD2；

差动放大器由运放U2、增益调节电阻R_G＝353.68Ω组成，运放U2选用型号为INA128高精度运算放大器；运放U2组成差动放大电路；

温度传感器PT的一端、参考电阻RE3的一端、调零电位器W1的固定端的一端相联并接到运放U2的4脚，参考电阻RE1的一端、参考电阻RE2的一端、调零电位器W1的固定端的另一端相联并接到运放U2的3脚，温度传感器PT的另一端、参考电阻RE1的另一端相联并接到恒流二极管D1的正端，参考电阻RE2的另一端、参考电阻RE3的另一端、调零电位器W1的可调端相联并接到运放U2的2脚；恒流二极管D1的负端接到运放U2的7脚，增益调节电阻R_G接到运放U2的1脚和8脚；

电流环变换电路由电流环变换电路U1、输入电阻R_IN＝31.25KΩ、电流偏置电阻R_S＝193.2KΩ组成，电流环变换电路U1型号为XTR115；运放U2的7脚和电流环变换电路U1的8脚相联，运放U2的2脚和电流环变换电路U1的3脚相联，运放U2的5脚和电流环变换电路U1的1脚相联；输入电阻R_IN接到电流环变换电路U1的2脚和运放U2的6脚，电流偏置电阻R_S接到电流环变换电路U1的1脚和电流环变换电路U1的2脚；电流环变换电路U1的1脚通过长的连接线接到直流稳压电源V_PS的正端；

输出驱动电路由驱动三极管T1和负载电阻R_L组成，驱动三极管T1型号为2SC1846；驱动三极管T1的b脚接到电流环变换电路U1的6脚，驱动三极管T1的e脚到电流环变换电路U1的5脚，驱动三极管Q的c脚接到电流环变换电路U1的7脚；负载电阻R_L一端与直流稳压电源V_PS的负端相联，负载电阻R_L另一端通过长的连接线与电流环变换电路U1的4脚相联；

在被测温度的下限，调节R_IN使在负载R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节R_G使在负载R_L上的电流为20mA；正常测温时，流过负载电阻R_L的变送输出电流为4～20mA。