PR温度变送器是一种重要的工业自动化设备,它主要负责将温度传感器的信号转换为标准工业信号(如4-20mA电流信号或数字信号),以便与工业控制系统和监控系统进行集成。通常由温度传感器、信号处理电路和输出电路三部分组成。温度传感器负责测量温度,将温度信号转换成电信号;信号处理电路对传感器输出的电信号进行处理和放大,以确保信号的稳定性和准确性;输出电路则将处理后的信号转换成标准的电信号输出。
PR温度变送器其组成部分主要包括以下核心模块,各部分协同实现温度测量与信号转换:
1、温度传感元件(铂电阻,Pt100/Pt1000等)
作用:直接感知被测介质的温度,并将温度变化转化为自身电阻值的变化(遵循铂电阻的温度-电阻特性,如Pt100在0℃时电阻为100Ω,温度升高电阻增大)。
常见类型:
Pt100:常用,0℃电阻100Ω,温度系数3.85×10⁻³/℃。
Pt1000:0℃电阻1000Ω,灵敏度更高,适合高精度场景。
结构形式:通常封装在金属保护管中(如不锈钢),可根据应用环境选择插入式、铠装式等,确保耐温、耐腐蚀。
2、信号调理电路
作用:对铂电阻输出的微弱电阻信号进行处理,包括激励、放大、滤波等,为后续转换提供稳定的输入信号。
核心功能:
恒流/恒压激励:向铂电阻提供稳定的电流或电压(如1mA恒流),将电阻变化转化为可测量的电压信号(U=I×R)。
放大:通过运算放大器将微弱电压信号(通常mV级)放大到适合A/D转换的范围(如0-2.5V)。
滤波:滤除环境中的电磁干扰(如工频50Hz干扰),减少噪声对信号的影响。
3、A/D转换模块(模数转换器)
作用:将信号调理电路输出的模拟电压信号转换为数字信号,以便微处理器进行计算和补偿。
性能要求:分辨率(如16位或24位)和转换精度直接影响变送器的整体测量精度,需匹配铂电阻的灵敏度(如0.385Ω/℃for Pt100)。
4、微处理器(MCU/CPU)
作用:作为变送器的“大脑”,负责数据处理、温度计算、非线性补偿和通信控制。
核心功能:
温度计算:根据铂电阻的电阻-温度特性曲线(如IEC 60751标准),将数字信号反推为实际温度值。
非线性补偿:铂电阻的电阻-温度关系并非完q线性,通过软件算法(如多项式拟合)修正偏差,提升精度。
零点/满度校准:通过内部程序或外部校准指令,调整测量范围的零点(如0℃对应4mA)和满度(如100℃对应20mA)。
故障诊断:监测传感器断线、短路、超量程等异常状态,并输出报警信号(如低于4mA或高于20mA)。
5、D/A转换模块(数模转换器)
作用:将微处理器计算后的数字温度信号转换为标准模拟输出信号(如4-20mA直流电流、0-10V直流电压),便于远距离传输(电流信号抗干扰性更强,常用4-20mA)。
特点:输出信号与温度呈线性关系(如温度0-100℃对应4-20mA),且具有短路保护功能。
6、电源模块
作用:为变送器内部各电路(激励电路、微处理器、A/D/D/A转换等)提供稳定的工作电压(如5V、3.3V)。
供电方式:
两线制:常用,电源与4-20mA信号共用两根线(如24V DC供电,电流信号叠加在电源线上),布线成本低。
三线制/四线制:电源与信号线路分离,减少导线电阻对铂电阻测量的影响,适合高精度或长距离布线场景。
7、外壳与接口
外壳:保护内部电路免受灰尘、水汽、机械冲击影响,材质通常为金属(如铝合金)或工程塑料,防护等级(如IP65/IP67)根据应用环境(如工业现场、潮湿环境)选择。
接口:
输入端:连接铂电阻的接线端子(通常3或4个引脚,对应三线制/四线制接法)。
输出端:连接外部设备的接线端子(如两线制4-20mA输出)。
校准接口(可选):如RS485、HART协议接口,用于通过上位机进行参数设置(如量程调整、地址修改)。
8、补偿电路(可选,高精度型号)
作用:针对环境温度变化(如变送器自身工作温度波动)对电路的影响进行补偿,包括冷端补偿、漂移补偿等。
实现方式:通过内置温度传感器(如NTC或另一个Pt100)监测环境温度,微处理器根据补偿算法修正偏差,确保在宽温范围内(如-20℃~85℃)的测量精度。