温度变送器工作原理
温度变送器本质:把热电阻 / 热电偶的温度‑电阻 / 温度‑毫伏微弱信号,处理转换成标准工业 4‑20mA(或数字)信号输出,方便远距离传给 PLC、DCS。
整体分为 4 个核心环节:信号采集 → 信号调理放大 → 运算处理线性校正 → V/I 转换输出
1、热电阻型(Pt100)变送器原理
Pt100 特性:温度变化,铂电阻阻值跟着变化(0℃时 100Ω),输出是电阻变化信号。
恒流激励:变送器内部输出很小的恒定电流流过 Pt100,把电阻变化转化成电压信号。
三线制补偿:抵消现场引线导线电阻带来测量误差。
放大:这个电压信号很微弱,送入运算放大器放大。
A/D 采样:转换成数字,查表换算成真实温度。
线性修正:Pt100 本身不是线性,内部算法做线性补偿。
V/I 转换:把温度值转换为4‑20mA 电流输出。
0% 量程对应 4mA,100% 量程对应 20mA。
2、热电偶型(K/E/S 等)变送器原理
热电偶输出的是毫伏级热电势,电压极小,容易受干扰。
采集热电势:热电偶两端温差产生 mV 电压。
冷端温度补偿(非常关键)
热电偶的热电势是热端‑冷端的差值。接线端子(冷端)环境温度会变化,变送器内部自带温度传感器测量冷端温度,算法补偿掉环境温度带来的误差。如果没有冷端补偿,温度读数直接不准。
放大:微弱 mV 信号放大。
A/D 转换、分度号查表,换算实际温度。
线性校正,再 V/I 变换输出 4‑20mA。
3、两线制 4‑20mA 输出原理(工业)
两线制就两根线,同时供电 + 传信号:
DC24V 电源、变送器、PLC 模拟量输入串联成一个回路。
变送器不改变回路电压,通过改变回路电流大小代表温度。
温度→回路稳定 4mA;温度最高→回路稳定 20mA。
PLC 采集回路电流,换算出温度。
好处:抗干扰强,远距离传输;回路电流<4mA,可判定传感器断线故障。
4、智能型变送器(HART / Modbus)
在模拟 4‑20mA 基础上叠加数字信号:
内部 MCU 微处理器,可组态修改量程、分度号、阻尼、故障报警。
HART:4‑20mA 电流上叠加高频数字信号,可以手操器远程读写参数。
Modbus‑RTU (RS485):纯数字通讯,多个变送器总线组网。