PR溫度變送器是一種重要的工業(yè)自動化設(shè)備,它主要負(fù)責(zé)將溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號(如4-20mA電流信號或數(shù)字信號),以便與工業(yè)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(fù)責(zé)測量溫度,將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號;信號處理電路對傳感器輸出的電信號進(jìn)行處理和放大,以確保信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性;輸出電路則將處理后的信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(xié)同實現(xiàn)溫度測量與信號轉(zhuǎn)換:
1、溫度傳感元件(鉑電阻,Pt100/Pt1000等)
作用:直接感知被測介質(zhì)的溫度,并將溫度變化轉(zhuǎn)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(shù)3.85×10?³/℃。
Pt1000:0℃電阻1000Ω,靈敏度更高,適合高精度場景。
結(jié)構(gòu)形式:通常封裝在金屬保護(hù)管中(如不銹鋼),可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選擇插入式、鎧裝式等,確保耐溫、耐腐蝕。
2、信號調(diào)理電路
作用:對鉑電阻輸出的微弱電阻信號進(jìn)行處理,包括激勵、放大、濾波等,為后續(xù)轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的輸入信號。
核心功能:
恒流/恒壓激勵:向鉑電阻提供穩(wěn)定的電流或電壓(如1mA恒流),將電阻變化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的范圍(如0-2.5V)。
濾波:濾除環(huán)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(zhuǎn)換模塊(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)
作用:將信號調(diào)理電路輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,以便微處理器進(jìn)行計算和補償。
性能要求:分辨率(如16位或24位)和轉(zhuǎn)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)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(jù)鉑電阻的電阻-溫度特性曲線(如IEC 60751標(biāo)準(zhǔn)),將數(shù)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(guān)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(zhǔn):通過內(nèi)部程序或外部校準(zhǔn)指令,調(diào)整測量范圍的零點(如0℃對應(yīng)4mA)和滿度(如100℃對應(yīng)20mA)。
故障診斷:監(jiān)測傳感器斷線、短路、超量程等異常狀態(tài),并輸出報警信號(如低于4mA或高于20mA)。
5、D/A轉(zhuǎn)換模塊(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)
作用:將微處理器計算后的數(shù)字溫度信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出信號(如4-20mA直流電流、0-10V直流電壓),便于遠(yuǎn)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(guān)系(如溫度0-100℃對應(yīng)4-20mA),且具有短路保護(hù)功能。
6、電源模塊
作用:為變送器內(nèi)部各電路(激勵電路、微處理器、A/D/D/A轉(zhuǎn)換等)提供穩(wěn)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(dǎo)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(hù)內(nèi)部電路免受灰塵、水汽、機械沖擊影響,材質(zhì)通常為金屬(如鋁合金)或工程塑料,防護(hù)等級(如IP65/IP67)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境(如工業(yè)現(xiàn)場、潮濕環(huán)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(yīng)三線制/四線制接法)。
輸出端:連接外部設(shè)備的接線端子(如兩線制4-20mA輸出)。
校準(zhǔn)接口(可選):如RS485、HART協(xié)議接口,用于通過上位機進(jìn)行參數(shù)設(shè)置(如量程調(diào)整、地址修改)。
8、補償電路(可選,高精度型號)
作用:針對環(huán)境溫度變化(如變送器自身工作溫度波動)對電路的影響進(jìn)行補償,包括冷端補償、漂移補償?shù)取?/div>
實現(xiàn)方式:通過內(nèi)置溫度傳感器(如NTC或另一個Pt100)監(jiān)測環(huán)境溫度,微處理器根據(jù)補償算法修正偏差,確保在寬溫范圍內(nèi)(如-20℃~85℃)的測量精度。