变送器的设计和实现.ppt

学习情境2：温度变送器的设计与实现;2.1学习目标 掌握模拟信号的基本变换方法。掌握使用集成运算放大器将uA级温度传感器信号转换为0-5V的标准信号的设计思路和电路调试方法。 2.2工作任务 2.2.1工作任务名称 AD592温度传感器信号变送电路的设计与实现。 2.2.2工作任务背景 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）转换成标准信号的设备，广泛应用于各种工业测控系统中。;2.2.3 AD592温度变送器技术标准 （1）供电12VDC （2）变送器输入温度范围：0-100摄氏度 （3）变送器输出电压范围：0-5V DC （4）精度等级：0.5级 （5）负载阻抗： 1 MΩ （6）限制条件： 0V ≤输出电压≤5V;2.3任务知识点 2.3.1什么是传感器 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、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。;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。 传感器的输出信号类型 以输出信号为标准可将传感器分为： 　　模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 　　数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号。 　　准数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出。 　　开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。;2.3.3为何要对传感器输出信号进行调理和转换 模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器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须进行调理。调理就是放大、缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，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理。;2.3.4什么是变送器 变送器的作用：将各种工艺信号（温度、压力、流量、液位等）转换成标准信号。 例如： 将压力信号转变为标准信号的设备叫做压力变送器； 将温度信号转变为标准信号的设备叫做温度变送器等等。 通常情况下，在工业应用中，变送器是指传感器和信号调理转换电路的总成。 ;扩散硅压力变送器;温度变送器 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： （1） 滤波 ? 消除、抑制干扰 （2） 变换 ? 电流→电压 ? 电抗→电压 ? 电抗→频率→电压 （3） 标准化 ? 平移 使输出信号过 0 ? 放大 弱电压转换为 0~5V 或 4~20mA ? 整形 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 （1） 集成温度传感器 AD592 ? 供电：+4V~ +30V ? 温度系数：1uA/K ? 0 ℃输出：273.2uA ? 工作温度：-25 ℃ ~ +105 ℃ ? 非线性误差：0.1 ℃ ~ 0.5 ℃ ? 重复误差：±0.1 ℃ ? 时飘：±0.1 ℃/月 AD592输出量为随温度变化的电流，抗干扰能力强，信号调理电路容易实现。;（2） 铂电阻温度传感器 PT100 ? 供电：无源 ? 温度系数：近似 0.003851/ ℃ ? 0 ℃输出：100Ω ? 工作温度：-200 ℃ ~ +650 ℃ ? 响应时间：2S ~ 30S（与结构有关） 铂金属性能非常稳定，制成的温度传感器重复性和长期稳定性非常好，工作温度范围很宽。 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，通常通过查分度表获得温度值。 铂电阻的阻值需要用电路变换为电压，电路复杂，为避免自热现象工作电流不能过大。 ;（3） 热电偶温度传感器（T型） ? 供电：无源 ? 温度系数：非线性 ? 0 ℃输出：0uV ? 工作温度：-200 ℃ ~ +400 ℃ 热电偶利用 2 种金属接点的热电效应进行温度测量，工作温度范围宽，抗冲击，相应速度快。 热电偶灵敏度低（几十 uV/ ℃ ），易受干扰。 热电偶输出电压与温度变化呈非线性关系，并且测量中需要冷端补偿，信号调理电路构成复杂。;（4） 集成数字温度传感器 DS1820 ? 供电：+3.0V~ +5.5V ? 输出：9bit 数字量 ? 测量精度：0.5 ℃ ? 工作温