温度是工业现场用得最多的待测物理量.热电阻由于在测量的灵敏度、线性度等诸多方面均优于热电偶.因此.在中低温地区得到了更广泛的应用。但工业现场的环境十分复杂和恶劣.在很多情况下电路所处的环境温度高达1000c.电磁干扰之场强达到(20~30)v/m,射频可达500 mhz,传统热电阻温度变送器在这样的环境中不能满足精度要求.本文针对以上特点将xtr变送器输出的电流信号经光电隔离器切断电磁干扰,同时初、次级电路电源分开,提出了一种精度高、抗干扰能力强的三线制隔离型热电阻温度变送器.具有很强的针对性和实用性.
1热电阻温度变送器原理图
变送器的原理见图1。测量部分可以检测被测参数戈.并将其转换成能被放大器接收的输入信号五。隔离器的作用是将仪表的输入与输出隔离开来.使现场的一些有害小信
号不能传输到r下一级仪表中去,实现现场与控制室之间的隔离。反馈部分则把变送器的输出信号),转换成反馈信号磊,再送至输入端。z与调零信号磊的代数和同反馈信号础行比较,其差行放大,并转换成标准输出信号y。
2热电阻温度变送器的原理图与工作过程
热电阻温度变送器的方框图见图2。
热电阻按三线制接法大大提高了信号远距离传输的精度.其中热电阻的一端接到仪表的第j1—1端。另外的一端接到仪表的j1—2和j1—3端,连接导线自身线阻引起的小的共模电压会被xtrl03抑制掉。xtrl03是用于rtd的专用集成变送器.提供0.8ma~1 ma恒流源信号。热电阻将电流信号转换成电压信号并由j1—1及j1—2、j1—3输入到xtrl03芯片中去。由芯片对热电阻输入特性进行线性补偿(其中xtrl03通过变阻器w1调节零点.通过w2调节满量程),热电阻的信号进行过补偿、电压电流转换后。由xtrl03的20脚输出4 ma~20 ma的波动较大的电流信号。
此信号在输送到隔离器前还经过了c1及c5进行滤波.由r3转换为lv~5v直流电压信号.隔离器按1:1将信号输送到电压电流转换部分,经过放大器f741及两个三极管转换成极稳定的4ma~20 ma的线性电流信号。该信号在传输过程中不会衰减。进入控制室后.当回路中串人250 q电阻即可取得(1~5)v的直流电压信号,可同时并联到控制回路和监视显示仪表。由于传输下线为4 ma.不与机械零点重合.很容易判别断电、断线故障.而传输上限为20 ma,极大地提高了所提取的信号强度和分辨率。
2.1电源
隔离电源的输入为直流24 v.输出为15 v。隔离电源在电路中的名称分别为powl和pow2.其中powl为初级电路供电.即为xtrl03及is0122p的输入级供电:pow2对仪表的第二级电路供电,即对放大器及其附属电路、三级管、隔离的次级供电。这样隔离供电的优点是:电源分开,初级的干扰信号、杂波等不能通过电源线而进入到仪表的第二级电路中.从而为两部分电路实现隔离提供了保障。
2.2 xtrl03的主要性能特点
其最大特点是可对铂电阻中的二次项进行线性化补偿.从而使rtd的非线性大大改善.其改善前后的非线性比可达40:1:外接的npn三极管t3,将外部电源电流与消耗严格地分开.从而降低xtrl03内部功耗及发热.减少热漂移以提高电路性能;经调试.xtrl03在(一40~85)℃范围内总的调节误差不高于10%。
2.3光电隔离器
光电隔离器由一个发光二极管和一个光敏三极管组成。在信息的传输过程中,用光作媒介,把输入和输出端的电信号耦合在一起。由于输入端和输出端仅用光耦合.故在电性能上是完全隔离的。在此能切断xtrl03输出电流信号中的小信号、隔离电或磁的联系、保护仪表的二级芯片,从而达到电源、输入和输出三项相互隔离的功能。
2.4电压、电流转换
根据推算的公式可知,调矾的大小即可调变送器的量程。调形,的大小即可调变送器的零点,调校时必须考虑量程(零点)对零点(量程)的影响。
3仪表的性能特点
3.1精度高
在工作现场采用0.1级仪表校准ptl00热电阻变送器的部分数据见表1(量程:o。c~500。c)。从表1数据.可知变送器和隔离器的精度等级均为使2.这足以满足工业生产的要求。
3.2抗干扰能力强
设计的温度变送器其外壳采用复合塑料制品.内部电路板的元件设计时电路的制板比较松散,仪表经过满量程电流老化过程.并且内部具有隔离电路,可以抗共模干扰、串模干扰。故此仪表可应用于温度环境较恶劣的场合。
3.3性能稳定
经过实际的校准、仪表高温、强电流老化以后,仪表的工作状态很稳定。
3.4误差小
对于外来的电磁干扰信号.本仪表使用铁膜屏蔽的方法:对于引线误差.尽量采用较粗且阻值较小的引线;对于元件的误差,尽量采用质量、准确度
达到要求的元件.并在仪表的使用过程中弥补误差
带来的影响(如:隔离芯片输出电压均略高于输入
电压.故在电压电流转换过程中将起到将变高的电
压再转换成标准的电流信号)。
4结束语
利用上述方法实现温度测量.具有简单、实用、抗干扰能力强、测量精度高等特点,并且很容易实现热电阻测量信号处理.将其用于数据监测系统中,收到了良好的效果。