温度变送器设计与实现ppt课件

学习情境学习情境2：温度变送器的设计与实现温度变送器的设计与实现2.1学习目的学习目的 掌握模拟信号的根本变换方法。掌握运用集成运掌握模拟信号的根本变换方法。掌握运用集成运算放大器将算放大器将uA级温度传感器信号转换为级温度传感器信号转换为0-5V的规的规范信号的设计思绪和电路调试方法。范信号的设计思绪和电路调试方法。2.2任务义务任务义务2.2.1任务义务称号任务义务称号AD592温度传感器信号变送电路的设计与实现。温度传感器信号变送电路的设计与实现。2.2.2任务义务背景任务义务背景变送器是将传感器测得的各种工艺信号温度、压变送器是将传感器测得的各种工艺信号温度、压力、流量、液位等转换成规范信号的设备，广力、流量、液位等转换成规范信号的设备，广泛运用于各种工业测控系统中。泛运用于各种工业测控系统中。2.2.3 AD592温度变送器技术规范温度变送器技术规范1供电供电12VDC2变送器输入温度范围：变送器输入温度范围：0-100摄氏度摄氏度3变送器输出电压范围：变送器输出电压范围：0-5V DC4精度等级：精度等级：0.5级级5负载阻抗：负载阻抗：1 M6限制条件：限制条件：0V 输出电压输出电压5V2.3义务知识点义务知识点2.3.1什么是传感器什么是传感器 国家规范国家规范GB7665-87对传感器下的定义是：对传感器下的定义是：“能感能感受规定的被丈量并按照一定的规律转换成可用信号受规定的被丈量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或安装，通常由敏感元件和转换元件组成。的器件或安装，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测安装，能感遭到被丈量的信息，传感器是一种检测安装，能感遭到被丈量的信息，并能将检测感遭到的信息，按一定规律变换成为电并能将检测感遭到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需方式的信息输出，以满足信息的传信号或其他所需方式的信息输出，以满足信息的传输、处置、存储、显示、记录和控制等要求。它是输、处置、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。实现自动检测和自动控制的首要环节。目前工业上常用的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传目前工业上常用的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、物位传感器、成分传感器等。感器、物位传感器、成分传感器等。传感器的输出信号类型传感器的输出信号类型以输出信号为规范可将传感器分为：以输出信号为规范可将传感器分为：模拟传感器模拟传感器将被丈量的非电学量转换成模拟电信号。将被丈量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器数字传感器将被丈量的非电学量转换成数字输出信号。将被丈量的非电学量转换成数字输出信号。准数字传感器准数字传感器将被丈量的信号量转换成频率信号或短将被丈量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出。周期信号的输出。开关传感器开关传感器当一个被丈量的信号到达某个特定的阈值当一个被丈量的信号到达某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。2.3.3为何要对传感器输出信号进展调理和转换为何要对传感器输出信号进展调理和转换模拟传感器可丈量很多物理量，如温度、压力、力、模拟传感器可丈量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是由于传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必需进展调理。调理就是在变换为数字数据之前必需进展调理。调理就是放大、缓冲或定标模拟信号，使其适宜于模放大、缓冲或定标模拟信号，使其适宜于模/数转数转换器换器(ADC)的输入。然后，的输入。然后，ADC对模拟信号进展对模拟信号进展数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处置。器件，以便用于系统的数据处置。2.3.4什么是变送器什么是变送器变送器的作用：将各种工艺信号温度、压力、流量、变送器的作用：将各种工艺信号温度、压力、流量、液位等转换成规范信号。液位等转换成规范信号。例如：例如：将压力信号转变为规范信号的设备叫做压力变送器；将压力信号转变为规范信号的设备叫做压力变送器；将温度信号转变为规范信号的设备叫做温度变送器将温度信号转变为规范信号的设备叫做温度变送器等等。等等。通常情况下，在工业运用中，变送器是指传感器和信通常情况下，在工业运用中，变送器是指传感器和信号调理转换电路的总成。号调理转换电路的总成。分散硅压力变送器温度变送器温度变送器 温度传感器温度传感器信号调理和转换电路的功能可归纳为以下三个主要方面：信号调理和转换电路的功能可归纳为以下三个主要方面：1 滤波滤波 消除、抑制干扰消除、抑制干扰2 变换变换 电流电流电压电压 电抗电抗电压电压 电抗电抗频率频率电压电压3 规范化规范化 平移平移 使输出信号过使输出信号过 0 放大放大 弱电压转换为弱电压转换为 05V 或或 420mA 整形整形 将频率输出转换为脉冲信号将频率输出转换为脉冲信号 2.3.5温度传感器有哪些种类温度传感器有哪些种类1 集成温度传感器集成温度传感器 AD592 供电：供电：+4V+30V 温度系数：温度系数：1uA/K 0 输出：输出：273.2uA 任务温度：任务温度：-25 +105 非线性误差：非线性误差：0.1 0.5 反复误差：反复误差：0.1 时飘：时飘：0.1/月月AD592输出量为随温度变化的电流，抗干扰才干强，信号调输出量为随温度变化的电流，抗干扰才干强，信号调理电路容易实现。理电路容易实现。2 铂电阻温度传感器铂电阻温度传感器 PT100 供电：无源供电：无源 温度系数：近似温度系数：近似 0.003851/0 输出：输出：100 任务温度：任务温度：-200 +650 呼应时间：呼应时间：2S 30S与构造有关与构造有关铂金属性能非常稳定，制成的温度传感器反复性和长期稳定铂金属性能非常稳定，制成的温度传感器反复性和长期稳定性非常好，任务温度范围很宽。性非常好，任务温度范围很宽。铂电阻的温度铂电阻的温度电阻关系是由一多项式确定的近似线性关系，电阻关系是由一多项式确定的近似线性关系，通常经过查分度表获得温度值。通常经过查分度表获得温度值。铂电阻的阻值需求用电路变换为电压，电路复杂，为防止自铂电阻的阻值需求用电路变换为电压，电路复杂，为防止自热景象任务电流不能过大。热景象任务电流不能过大。3 热电偶温度传感器热电偶温度传感器T型型 供电：无源供电：无源 温度系数：非线性温度系数：非线性 0 输出：输出：0uV 任务温度：任务温度：-200 +400 热电偶利用热电偶利用 2 种金属接点的热电效应进展温度丈种金属接点的热电效应进展温度丈量，任务温度范围宽，抗冲击，相应速度快。量，任务温度范围宽，抗冲击，相应速度快。热电偶灵敏度低几十热电偶灵敏度低几十 uV/，易受干扰。，易受干扰。热电偶输出电压与温度变化呈非线性关系，并且丈热电偶输出电压与温度变化呈非线性关系，并且丈量中需求冷端补偿，信号调理电路构成复杂。量中需求冷端补偿，信号调理电路构成复杂。4 集成数字温度传感器集成数字温度传感器 DS1820 供电：供电：+3.0V+5.5V 输出：输出：9bit 数字量数字量 丈量精度：丈量精度：0.5 任务温度：任务温度：-55 +125 一线串行数字接口一线串行数字接口 零功率待机零功率待机DS1820 为单片式数字化的测温传感器，无需信号为单片式数字化的测温传感器，无需信号调理电路，无需外围元件，直接输出温度的数字调理电路，无需外围元件，直接输出温度的数字量值。量值。5 温度传感器对比选择温度传感器对比选择从几种典型的测温传感器特性对比可知：从几种典型的测温传感器特性对比可知：热电偶灵敏度低，温度与输出为非线性关系，信热电偶灵敏度低，温度与输出为非线性关系，信号调理电路复杂，适宜宽温范围测温。号调理电路复杂，适宜宽温范围测温。铂电阻温度与输出非线性关系，需求电组到电压铂电阻温度与输出非线性关系，需求电组到电压的转换，电路复杂，适宜宽温范围测温。的转换，电路复杂，适宜宽温范围测温。DS1820 采用一线串行数字控制，操作过程复杂，采用一线串行数字控制，操作过程复杂，初学者不易掌握。初学者不易掌握。AD592 输出电流与温度成线性关系，抗干扰才干输出电流与温度成线性关系，抗干扰才干强，精度满足设计要求，呼应速度快，信号调理强，精度满足设计要求，呼应速度快，信号调理电路容易实现。为教学过程的首选测温传感器。电路容易实现。为教学过程的首选测温传感器。6AD592 特性分析特性分析 AD592是两端集成温度传感器是两端集成温度传感器,外围电路简外围电路简单。在常温丈量领域中单。在常温丈量领域中,可取代电热调理器、可取代电热调理器、电阻式温度检测器、热电偶等传统的温度电阻式温度检测器、热电偶等传统的温度传感器。电流温度系数为传感器。电流温度系数为1uAK，恒流源，恒流源输出。输出。T=0T=100i1=273uAi2=373uAi2-i1=100uA1uA/问题与思索：问题与思索：AD592是传感器还是变送器？是传感器还是变送器？AD592是恒流源输出，想一想恒流源有什么特点？是恒流源输出，想一想恒流源有什么特点？变送器的功能是什么，主要包括哪些部分？变送器的功能是什么，主要包括哪些部分？AD592是模拟式传感器还是数字是传感器，为什么？是模拟式传感器还是数字是传感器，为什么？为什么说为什么说AD592的信号转换电路比热电阻和热电偶温度传感的信号转换电路比热电阻和热电偶温度传感器的要简单？器的要简单？为什么我们要把为什么我们要把AD592的信号转换成的信号转换成0-5V的信号？的信号？请给出绝对温标和摄氏温标之间的换算关系。请给出绝对温标和摄氏温标之间的换算关系。2.3.6 AD592温度变送器的实现温度变送器的实现本情境的根本义务是制造温度变送器，将本情境的根本义务是制造温度变送器，将AD592传传感器的微弱电流信号，经过转换电路输出为感器的微弱电流信号，经过转换电路输出为0-5V的信号，变送器特性如以下图所示：的信号，变送器特性如以下图所示：T=0T=100vo=0Vvo=5V5V/100 =0.05V/2.3.6.1电流电流/电压转换电路电压转换电路 电阻取样电路电阻取样电路问题与思索问题与思索8这种转换方法有什么缺陷？这种转换方法有什么缺陷？运算放大器电流运算放大器电流电压转换电路电压转换电路问题与思索问题与思索9这种转换方法有什么优点？这种电路的输入端反响方式和输出端反响方式各这种转换方法有什么优点？这种电路的输入端反响方式和输出端反响方式各式什么样的？式什么样的？2.3.6.2.放大与平移电路设计放大与平移电路设计1.AD592 恒流补偿、运算放大器电流恒流补偿、运算放大器电流电压转换电路的平电压转换电路的平移方案移方案1恒流补偿平移后的电流恒流补偿平移后的电流电压特性电压特性 平移、放大后的电流平移、放大后的电流电压特性电压特性问题与思索问题与思索这种电路为什么要运用双电源这种电路为什么要运用双电源V？2.AD592 恒压补偿、运算放大器电流恒压补偿、运算放大器电流电压转换电路的平移方案电压转换电路的平移方案恒压补偿平移后的电流恒压补偿平移后的电流电压特性电压特性2平移、同相比例放大后的电流平移、同相比例放大后的电流电压特性电压特性问题与思索问题与思索这种转换方法有什么缺陷？这种转换方法有什么缺陷？电路中的电路中的0.273V电压源如何实现？电压源如何实现？