電流型熱電偶溫度變送器的設計方案

　　一、前言
　　
　　熱電偶是工業上廣泛使用的溫度傳感器，它zui大的優勢就在于溫度測量范圍極寬，理論上從-270℃的極低溫度到2800℃的超高溫度都可以測量，并且實際應用中在600℃-2000℃的溫度范圍內可以進行zui的溫度測量。在化工、石油、電力、冶煉等行業的自動化控制系統中熱電偶發揮著對溫度的監控作用。
　　
　　二、設計構架
　　
　　1．設計要求
　　
　　整套系統要求在0～100℃范圍對應輸出4mA～20mA的電流型溫度變送器。
　　
　　在實際的工業化需求中，往往需要設計為標準信號的變送器，以便與儀表和后續接口電路兼容。在輸出為模擬信號時，有電壓型和電流型兩種變送器。電壓型變送器的輸出為0～5v，雖然其在信號處理方面具有優勢，但抗*力較差，在遠距離傳輸時信號衰減大，而電流型溫度變送器卻在這方面*優勢。因此在工業實踐中得以廣泛應用。
　　
　　通常，電流型變送器有輸出0～20mA和4～20mA兩種。對于輸出0～20mA的變送器，雖然電路調試及數據處理都比較簡單。但對于輸出4～20mA的變送器，能夠在傳感器線路不通時，通過是否能檢測到正常范圍內的電流，判斷電路是否出現故障，因此使用更為普遍。
　　
　　2．電路功能
　　
　?。?）信號的放大
　　
　　熱電偶測溫的原理是基于熱電轉換效應。雖然它集放熱、轉換為一體，能直接實現溫度到電壓的輸出，但輸出幅度很微小。如K型熱電偶的靈敏度為0.04mv/℃。因此，對其信號必須進行放大。
　　
　?。?）溫度補償
　　
　　當熱電偶測溫時，其冷端溫度受環境變換影響較大，從而會影響zui后測量的電信號。為了能得到穩定的電信號，以便算出真實的待測溫度，需要對熱電偶的冷端進行溫度補償。
　　
　　3．主要器件
　　
　　熱電偶作為感溫元件，采集溫度信號；鉑電阻作為補償電阻，補償熱電偶的冷端溫度；XTR101為小信號處理芯片，將輸入的微弱信號放大后便于遠端傳輸；RL為遠端的負載電阻，便于電信號的測量。
　　
　　三、具體電路的設計
　　
　　1．信號調理芯片
　　
　　為了得到穩定的4mA～20mA的輸出電流，我們選用常用的信號放大芯片XTR101。
　　
　　是一個精密、低漂移的雙線變送器，它可以把微弱的電壓信號進行放大并變換成4mA～20mA的電流信號后進行遠距離傳送。它由一個高精度的儀表放大器、壓控輸出電流源和2個精密的1mA電流源組成。
　　
　　其輸入管腳為：3、4；輸出管腳為：7、8；且；輸出范圍4mA～20mA；增益調節端為Rs端；電源端Vcc=24V。
　　
　　R1=1kΩ，R2=52.6Ω，R3=R4=1.25kΩ，Rs為調增益的電阻。
　　
　　I1=（V4-V3）/Rs=ein/Rs；I2=（V1-V3）/R3；I3=（V1-V4）/R4．
　　
　　且I4=I1+I2；I3=I1+0.1mA；I4=Ie。
　　
　　可導出：Ie=2ein/Rs+ein/1250+0.1mA
　　
　　又因為R1兩端電壓和R2兩端電壓相等，即Ie