CN209485565U - 一种集成化的铂电阻温度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于检测领域，具体涉及一种集成化的铂电阻温度变送器。变送器由电阻‑温度变送及非线性校正电路、电流传导电路、保护电路和直流稳压电源构成。在被测温度的下限，调零电阻R_Z使在负载电阻R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节测温范围调整电阻R_G使在负载电阻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

一种集成化的铂电阻温度变送器

技术领域

本实用新型属于检测领域，涉及一种集成化铂电阻温度变送器。

背景技术

温度检测和控制在工业应用中占相当大的比重，它主要由温度传感器、连接电缆(对远距离传输)、温度显示和控制装置组成。在工业控制中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在距离测量点几百米的控制室或控制柜上，因此采用两线制能够降低成本，减少大量的传输电流，减少系统的电量消耗。4～20mA电流变送器接口的功能就是将传感器的输出转换为电流传输给负载，提高被测信号的远距离传输能力。

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。铂电阻在0～850℃范围内，铂电阻值随温度的变化并非线性关系，影响着温度检测的精度。在0～850℃温度范围内，非线性大约为2.7％。

为了对铂电阻进行线性校正,并提高温度信号的远距离传输能力，研制线性化的铂电阻电流变送器具有重要的实用价值。

本实用新型，采用专用的电阻温度传感器信号调理芯片XTR105对铂电阻进行非线性校正，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：

温度变送器由电阻-温度变送及非线性校正电路、电流传导电路、保护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7.5～36VDC；

电阻-温度变送及非线性校正电路由集成芯片XTR105、调零电阻R_Z、测温范围调整电阻R_G、非线性补偿电阻R_LIN、电阻R_CM＝1KΩ、噪声过滤电容C₂＝0.01μF和测温电阻RTD构成；调零电阻R_G的两端分别接到集成芯片XTR105的3脚和4脚，非线性补偿电阻R_LIN的两端分别接到集成芯片XTR105的12脚和13脚，集成芯片XTR105的13脚和14脚短接，集成芯片XTR105的1脚和2脚短接，电阻R_CM的两端与电容C₂的两端分别相联；调零电阻R_Z的一端接到集成芯片XTR105的2脚，调零电阻R_Z的另一端与电阻R_CM的一端相联；R_CM的另一端接到集成芯片XTR105的6脚；测温电阻RTD的一端接到集成芯片XTR105的13脚，测温电阻RTD的另一端接到电阻R_Z与电阻R_CM的相联端；

电流传导电路由三极管Q₁、噪声过滤电容C₁＝0.01μF组成，三极管Q₁的b脚与集成芯片XTR105的9脚相联，三极管Q₁的e脚与集成芯片XTR105的8脚相联，三极管Q₁的c脚与集成芯片XTR105的10脚相联，噪声过滤电容C₁的两端分别接到集成芯片XTR105的10脚和7脚；三极管的V_CEO大于45V，β_min＝40，P_D＝80mW；

保护电路由浪涌吸收二极管D₅及四个型号为IN4148的二极管D₁、D₂、D₃和D₄及负载电阻R_L组成，浪涌吸收二极管D₅的正端接到集成芯片XTR105的10脚，浪涌吸收二极管D₅的负端接到集成芯片XTR105的7脚；二极管D₁的正端与二极管D₂的负端相联再与直流稳压电源V_PS的正端相联，二极管D₃的正端与二极管D₄的负端相联再与负载电阻R_L的一端相联，负载电阻R_L的另一端与直流稳压电源V_PS的负端相联；二极管D₁的负端与二极管D₃的负端相联再接到集成芯片XTR105的7脚，二极管D₂的正端与二极管D₄的正端相联再接到集成芯片XTR105的10脚；

在被测温度的下限，调节调零电阻R_Z使在负载电阻R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节测温范围调整电阻R_G使在负载电阻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：利用集成化的非线性校正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。

附图说明

附图1是一种利用负电阻校正铂电阻非线性的温度变送器线路图。

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。

直流稳压电源V_PS为温度变送器提供电压，电压范围7.5～36VDC。输出电流I_OUT大小只与测温电阻RTD的电阻值有关，而与负载电阻R_L(R_L在一定范围内)无关。整个温度变送器的电压、电流传递函数为：

I_OUT＝4mA+V _IN×40/R_G

VIN为集成芯片XTR105的VIN+、V IN-两端输入电压，调节测温范围调整电阻R_G为集成芯片XTR105的3、4脚间连接的电阻。I_OUT经过负载电阻R_L变为电压信号供后续的监控系统采样使用。集成芯片XTR105内部的两个0.8mA精密电流源对测温电阻RTD进行激励，R_Z为调零电阻，芯片内部仪器放大器测量RTD和R_Z之间的电位差。R_Z取值为测温电阻RTD的下限温度电阻值，调节调零电阻R_Z可使XTR105在温度下限时输出4mA电流。电阻R_CM给XTR105提供一个共模电压，R_CM两端并接0.01μF电容以减少噪声。电阻R_G的大小需根据设计的测温范围而设定，它决定着放大器的放大倍数。非线性补偿电阻R_LIN提供正反馈，对测温电阻RTD中的二次项进行补偿,使测温电阻RTD的非线性大大改善,改善前后非线性比可达40:1。R_G与R_LIN的阻值按下列公式选择：

R_G＝[2R₁×(R₂+R_Z)-4R₂×R_Z]/(R₂-R₁)

R_LIN＝[1KΩ×(R₂-R₁)]/[2(2R₁-R₂-R_Z)]

式中：R_Z是测量温度为下限T_min时的测温电阻RTD电阻值；R₁是测量温度为(T_min+T_max)/2时的测温电阻RTD电阻值；R₂是测量温度为上限T_max时的测温电阻RTD电阻值。选用时对R_Z、R_G的精度要求较高，需选用精密电阻，而对R_LIN和R_CM的精度要求略低。

三极管Q₁是4～20mA电流回路的主要电流传导器件，该器件将外部电源电流与XTR105的内部消耗严格地分开。由于外接三极管位于反馈回路中，其参数不能在临界点，故要求三极管的V_CE0不得低于45V，β_min＝40，P_D＝80mW，当电源电压低于36V时功耗可低一些。附图1电路中的D₁～D₄用于防止电源电压反接，同时产生1.4V压降；D₅为浪涌吸收稳压管，防止当测温电阻RTD开路时，XTR105的输出电流达到上限值(约为27mA)，以对XTR105及其系统进行保护。

经过对当测温电阻RTD为Pt1000时，在0～850℃范围内进行测温实验，结果表明，集成化的铂电阻温度变送器，其测试精度优于0.35％。

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)

1.一种集成化的铂电阻温度变送器，其特征在于，温度变送器由电阻-温度变送及非线性校正电路、电流传导电路、保护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7.5～36VDC；

电阻-温度变送及非线性校正电路由集成芯片XTR105、调零电阻R_Z、测温范围调整电阻R_G、非线性补偿电阻R_LIN、电阻R_CM＝1KΩ、噪声过滤电容C₂＝0.01μF和测温电阻RTD构成；调零电阻R_G的两端分别接到集成芯片XTR105的3脚和4脚，非线性补偿电阻R_LIN的两端分别接到集成芯片XTR105的12脚和13脚，集成芯片XTR105的13脚和14脚短接，集成芯片XTR105的1脚和2脚短接，电阻R_CM的两端与电容C₂的两端分别相联；调零电阻R_Z的一端接到集成芯片XTR105的2脚，调零电阻R_Z的另一端与电阻R_CM的一端相联；R_CM的另一端接到集成芯片XTR105的6脚；测温电阻RTD的一端接到集成芯片XTR105的13脚，测温电阻RTD的另一端接到电阻R_Z与电阻R_CM的相联端；

电流传导电路由三极管Q₁、噪声过滤电容C₁＝0.01μF组成，三极管Q₁的b脚与集成芯片XTR105的9脚相联，三极管Q₁的e脚与集成芯片XTR105的8脚相联，三极管Q₁的c脚与集成芯片XTR105的10脚相联，噪声过滤电容C₁的两端分别接到集成芯片XTR105的10脚和7脚；

保护电路由浪涌吸收二极管D₅及四个型号为IN4148的二极管D₁、D₂、D₃和D₄及负载电阻R_L组成，浪涌吸收二极管D₅的正端接到集成芯片XTR105的10脚，浪涌吸收二极管D₅的负端接到集成芯片XTR105的7脚；二极管D₁的正端与二极管D₂的负端相联再与直流稳压电源V_PS的正端相联，二极管D₃的正端与二极管D₄的负端相联再与负载电阻R_L的一端相联，负载电阻R_L的另一端与直流稳压电源V_PS的负端相联；二极管D₁的负端与二极管D₃的负端相联再接到集成芯片XTR105的7脚，二极管D₂的正端与二极管D₄的正端相联再接到集成芯片XTR105的10脚；

在被测温度的下限，调节调零电阻R_Z使在负载电阻R_L上的电流为4mA；在被测温度的上限，调节测温范围调整电阻R_G使在负载电阻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。