PR溫度變送器是一種重要的工業自動化設備,它主要負責將溫度傳感器的信號轉換為標準工業信號(如4-20mA電流信號或數字信號),以便與工業控制系統和監控系統進行集成。通常由溫度傳感器、信號處理電路和輸出電路三部分組成。溫度傳感器負責測量溫度,將溫度信號轉換成電信號;信號處理電路對傳感器輸出的電信號進行處理和放大,以確保信號的穩定性和準確性;輸出電路則將處理后的信號轉換成標準的電信號輸出。
PR溫度變送器其組成部分主要包括以下核心模塊,各部分協同實現溫度測量與信號轉換:
1、溫度傳感元件(鉑電阻,Pt100/Pt1000等)
作用:直接感知被測介質的溫度,并將溫度變化轉化為自身電阻值的變化(遵循鉑電阻的溫度-電阻特性,如Pt100在0℃時電阻為100Ω,溫度升高電阻增大)。
常見類型:
Pt100:常用,0℃電阻100Ω,溫度系數3.85×10?³/℃。
Pt1000:0℃電阻1000Ω,靈敏度更高,適合高精度場景。
結構形式:通常封裝在金屬保護管中(如不銹鋼),可根據應用環境選擇插入式、鎧裝式等,確保耐溫、耐腐蝕。
2、信號調理電路
作用:對鉑電阻輸出的微弱電阻信號進行處理,包括激勵、放大、濾波等,為后續轉換提供穩定的輸入信號。
核心功能:
恒流/恒壓激勵:向鉑電阻提供穩定的電流或電壓(如1mA恒流),將電阻變化轉化為可測量的電壓信號(U=I×R)。
放大:通過運算放大器將微弱電壓信號(通常mV級)放大到適合A/D轉換的范圍(如0-2.5V)。
濾波:濾除環境中的電磁干擾(如工頻50Hz干擾),減少噪聲對信號的影響。
3、A/D轉換模塊(模數轉換器)
作用:將信號調理電路輸出的模擬電壓信號轉換為數字信號,以便微處理器進行計算和補償。
性能要求:分辨率(如16位或24位)和轉換精度直接影響變送器的整體測量精度,需匹配鉑電阻的靈敏度(如0.385Ω/℃for Pt100)。
4、微處理器(MCU/CPU)
作用:作為變送器的“大腦”,負責數據處理、溫度計算、非線性補償和通信控制。
核心功能:
溫度計算:根據鉑電阻的電阻-溫度特性曲線(如IEC 60751標準),將數字信號反推為實際溫度值。
非線性補償:鉑電阻的電阻-溫度關系并非完q線性,通過軟件算法(如多項式擬合)修正偏差,提升精度。
零點/滿度校準:通過內部程序或外部校準指令,調整測量范圍的零點(如0℃對應4mA)和滿度(如100℃對應20mA)。
故障診斷:監測傳感器斷線、短路、超量程等異常狀態,并輸出報警信號(如低于4mA或高于20mA)。
5、D/A轉換模塊(數模轉換器)
作用:將微處理器計算后的數字溫度信號轉換為標準模擬輸出信號(如4-20mA直流電流、0-10V直流電壓),便于遠距離傳輸(電流信號抗干擾性更強,常用4-20mA)。
特點:輸出信號與溫度呈線性關系(如溫度0-100℃對應4-20mA),且具有短路保護功能。
6、電源模塊
作用:為變送器內部各電路(激勵電路、微處理器、A/D/D/A轉換等)提供穩定的工作電壓(如5V、3.3V)。
供電方式:
兩線制:常用,電源與4-20mA信號共用兩根線(如24V DC供電,電流信號疊加在電源線上),布線成本低。
三線制/四線制:電源與信號線路分離,減少導線電阻對鉑電阻測量的影響,適合高精度或長距離布線場景。
7、外殼與接口
外殼:保護內部電路免受灰塵、水汽、機械沖擊影響,材質通常為金屬(如鋁合金)或工程塑料,防護等級(如IP65/IP67)根據應用環境(如工業現場、潮濕環境)選擇。
接口:
輸入端:連接鉑電阻的接線端子(通常3或4個引腳,對應三線制/四線制接法)。
輸出端:連接外部設備的接線端子(如兩線制4-20mA輸出)。
校準接口(可選):如RS485、HART協議接口,用于通過上位機進行參數設置(如量程調整、地址修改)。
8、補償電路(可選,高精度型號)
作用:針對環境溫度變化(如變送器自身工作溫度波動)對電路的影響進行補償,包括冷端補償、漂移補償等。
實現方式:通過內置溫度傳感器(如NTC或另一個Pt100)監測環境溫度,微處理器根據補償算法修正偏差,確保在寬溫范圍內(如-20℃~85℃)的測量精度。