溫度變送器工作原理
溫度變送器本質(zhì):把熱電阻 / 熱電偶的溫度?電阻 / 溫度?毫伏微弱信號(hào),處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè) 4?20mA(或數(shù)字)信號(hào)輸出,方便遠(yuǎn)距離傳給 PLC、DCS。
整體分為 4 個(gè)核心環(huán)節(jié):信號(hào)采集 → 信號(hào)調(diào)理放大 → 運(yùn)算處理線性校正 → V/I 轉(zhuǎn)換輸出
1、熱電阻型(Pt100)變送器原理
Pt100 特性:溫度變化,鉑電阻阻值跟著變化(0℃時(shí) 100Ω),輸出是電阻變化信號(hào)。
恒流激勵(lì):變送器內(nèi)部輸出很小的恒定電流流過(guò) Pt100,把電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。
三線制補(bǔ)償:抵消現(xiàn)場(chǎng)引線導(dǎo)線電阻帶來(lái)測(cè)量誤差。
放大:這個(gè)電壓信號(hào)很微弱,送入運(yùn)算放大器放大。
A/D 采樣:轉(zhuǎn)換成數(shù)字,查表?yè)Q算成真實(shí)溫度。
線性修正:Pt100 本身不是線性,內(nèi)部算法做線性補(bǔ)償。
V/I 轉(zhuǎn)換:把溫度值轉(zhuǎn)換為4?20mA 電流輸出。
0% 量程對(duì)應(yīng) 4mA,100% 量程對(duì)應(yīng) 20mA。
2、熱電偶型(K/E/S 等)變送器原理
熱電偶輸出的是毫伏級(jí)熱電勢(shì),電壓極小,容易受干擾。
采集熱電勢(shì):熱電偶兩端溫差產(chǎn)生 mV 電壓。
冷端溫度補(bǔ)償(非常關(guān)鍵)
熱電偶的熱電勢(shì)是熱端?冷端的差值。接線端子(冷端)環(huán)境溫度會(huì)變化,變送器內(nèi)部自帶溫度傳感器測(cè)量冷端溫度,算法補(bǔ)償?shù)舡h(huán)境溫度帶來(lái)的誤差。如果沒(méi)有冷端補(bǔ)償,溫度讀數(shù)直接不準(zhǔn)。
放大:微弱 mV 信號(hào)放大。
A/D 轉(zhuǎn)換、分度號(hào)查表,換算實(shí)際溫度。
線性校正,再 V/I 變換輸出 4?20mA。
3、兩線制 4?20mA 輸出原理(工業(yè))
兩線制就兩根線,同時(shí)供電 + 傳信號(hào):
DC24V 電源、變送器、PLC 模擬量輸入串聯(lián)成一個(gè)回路。
變送器不改變回路電壓,通過(guò)改變回路電流大小代表溫度。
溫度→回路穩(wěn)定 4mA;溫度最高→回路穩(wěn)定 20mA。
PLC 采集回路電流,換算出溫度。
好處:抗干擾強(qiáng),遠(yuǎn)距離傳輸;回路電流<4mA,可判定傳感器斷線故障。
4、智能型變送器(HART / Modbus)
在模擬 4?20mA 基礎(chǔ)上疊加數(shù)字信號(hào):
內(nèi)部 MCU 微處理器,可組態(tài)修改量程、分度號(hào)、阻尼、故障報(bào)警。
HART:4?20mA 電流上疊加高頻數(shù)字信號(hào),可以手操器遠(yuǎn)程讀寫參數(shù)。
Modbus?RTU (RS485):純數(shù)字通訊,多個(gè)變送器總線組網(wǎng)。