熱電阻溫度計課件

工業(yè)上常用電阻式測溫儀表來測量-200～+600℃之間的溫度，在特殊情況下可測量極低或高達1000℃的溫度。電阻式測溫儀表的特點是準確度高；在中、低溫下（500℃以下）測量，輸出信號比熱電偶大很多，靈敏度高；由于其輸出也是電信號，便于實現(xiàn)信號的遠傳和多點切換測量。電阻體是測溫敏感元件，有導體和半導體兩類。

熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導線所組成。工業(yè)上常用電阻式測溫儀表來測量-200～+600℃之1第三節(jié)熱電阻溫度計

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。一、測溫原理

利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。

31對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關系如下式

第三節(jié)熱電阻溫度計熱電阻溫度計適用于測量-202常用電橋測量電阻Rt的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出

R4R3R2RtAEBCDΔU圖5.17不平衡電橋原理當溫度處于測量下限時，Rt＝Rtmin設計橋路電阻，滿足R3×Rtmin＝R2×R4此時電橋平衡，△U＝0當溫度上升時，橋路失去平衡設某一時刻Rt＝Rtmin+ΔRt

常用電橋測量電阻Rt的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出R4R3R2R3

電橋電源E為穩(wěn)壓電源。電橋有電流流過時，連接導線和熱電阻會發(fā)熱而引起附加溫度誤差，在設計和使用中要求這種誤差不超過0.2%。通常當流過熱電阻6mA電流時，因發(fā)熱會產(chǎn)生的誤差約0.1℃，一般選擇流過熱電阻的電流為3mA。熱電阻的引線方式1、兩線制：在熱電阻感溫體兩端各連一根導線的引線方式。兩線制引線方式適用于引線不長，測溫精度要求較低的場合。2、三線制：在熱電阻感溫體一端連一根導線，另一端連兩根導線的引線方式。這種引線方式可以消除引線電阻對測量的影響。AbacCDR0r1r1r1ER4R3R2RtBΔU圖5.18熱電阻三線制橋路連接電橋電源E為穩(wěn)壓電源。電橋有電流流過時，連接導線4

3、四線制連線：熱電阻體的兩端各連接兩根導線的引線方式為四線制。其中兩根引線為熱電阻提供恒流源I，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過另兩根引線引至電位差計進行測量。這種接線方式能完全消除引線電阻帶來的附加誤差，這種引線方式主要用于高精度的溫度檢測。3、四線制連線：熱電阻體的兩端各連接兩根導線的引線方5必須指出，無論是三線制還是四線制，引線都應該從熱電阻感溫元件的根部引出，不能從熱電阻的接線端子上分出。

3．熱電阻材料及常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要??；在整個測溫范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復制性；電阻值隨溫度的變化關系，最好呈線性；價格便宜。必須指出，無論是三線制還是四線制，引線都應該從熱電阻感溫元件6第三節(jié)熱電阻溫度計331.鉑電阻

金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學穩(wěn)定性,有良好的復制性。但價格較貴。

要確定Rt～t的關系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關系也不同。這種Rt～t的關系稱為分度表,用分度號來表示。

目前我國常用的鉑電阻有兩種，分度號Pt100和Pt10，最常用的是Pt100，R（0℃）＝100.00Ω。

第三節(jié)熱電阻溫度計331.鉑電阻金屬鉑容易提純,7第三節(jié)熱電阻溫度計342.銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應的分度號為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對應的分度號為Cu100。第三節(jié)熱電阻溫度計342.銅電阻金屬銅易加工提84．熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電阻溫度傳感器工業(yè)用普通熱電阻溫度傳感器由電阻體、絕緣套管、保護管、接線盒和連接電阻體與接線盒的引出線等部件組成。絕緣套管、保護管、接線盒與熱電偶溫度傳感器基本相同，絕緣套管一般使用雙芯或四芯氧化鋁絕緣材料，引出線穿過絕緣管。電阻體和引出線均裝在保護管內(nèi)。熱電阻溫度傳感器外形與熱電偶溫度傳感器相同。鉑電阻體常見形式如圖5.19所示，

4．熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電阻溫度傳感器工業(yè)用普9圖5.19（a）為云母片做骨架，把云母片兩邊做成鋸齒狀，將鉑絲繞在云母骨架上，然后用兩片無鋸齒云母夾住，再用銀帶扎緊。鉑絲采用雙線法繞制，以消除電感

。圖5.19鉑電阻體的結(jié)構(gòu)1-引出銀線；2-鉑絲；3-鋸齒形云母骨架；4-保護用云母片；5-銀綁帶；6-鉑電阻橫截面；7-保護套管；8-石英骨架（b）采用石英玻璃，具有良好的絕緣和耐高溫特性，把鉑絲雙繞在直徑為3mm的石英玻璃上，為使鉑絲絕緣和不受化學腐蝕、機械損傷，在石英管外再套一個外徑為5mm的石英管。鉑電阻體用銀絲作為引出線。圖5.19（a）為云母片做骨架，把云母片兩邊做成鋸齒狀，將鉑10銅電阻體結(jié)構(gòu)如圖5.20所示。它采用直徑約0.1mm的絕緣銅線（它包括錳銅或鎳銅部分）采用雙線繞法分層繞在圓柱形塑料支架上。用直徑1mm的銅絲或鍍銀銅絲做引出線。圖5.20銅電阻體的結(jié)構(gòu)1-線圈骨架；2-銅熱電阻絲；3-補償組；4-銅引出線；為改善熱傳導，在電阻體與保護管之間常置有金屬夾持件或內(nèi)套管。銅電阻體結(jié)構(gòu)如圖5.20所示。它采用直徑約0.1mm的絕緣銅11（2）鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻是將電阻體與引出線焊接好后，裝入金屬小套管，再充填以絕緣材料粉末，最后密封，經(jīng)冷拔、旋鍛加工而成的組合體。

由于鎧裝熱電阻的體積可以做得很小，因此它的熱慣性小，反應速度快。除電阻體部分外，其它部分可以做任何方向彎曲，因此它具有良好的耐震動和抗沖擊的性能，并且不易被有害介質(zhì)所侵蝕，其使用壽命比普通熱電阻長。

（2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是將電阻體與引出線125．熱電阻測溫儀表的應用注意的幾個問題（1）熱電阻測溫儀表常用來測量-200～+600℃之間的溫度。（2）熱電阻的顯示儀表必須與熱電阻配套。（3）動態(tài)誤差。由于電阻體體積較大，熱容量大，其動態(tài)誤差比熱電偶大，這也制約了熱電阻在快速測溫中的應用。（4）連線電阻變化與熱電阻阻值變化產(chǎn)生疊加，引起測量誤差。應采用三線制接法予以消除。（5）熱電阻通電發(fā)熱引起誤差。在實際測溫中，熱電阻流過電流使熱電阻發(fā)熱，從而引起誤差。（6）熱電阻的安裝與熱電偶的安裝要求基本相同。5．熱電阻測溫儀表的應用注意的幾個問題（1）熱電阻測溫儀表常13鉑電阻溫度計特點：鉑電阻溫度計精度高，穩(wěn)定性好、性能可靠，但電阻與溫度有非線性。

銅電阻溫度計特點：銅電阻溫度計溫度系數(shù)大，電阻與溫度線性好，銅容易加工提純，價格便宜，但溫度測量范圍較窄。熱電偶特點熱電阻特點熱電偶兩端存在溫差就有熱電勢輸出，能直接測量，但需要冷端溫度補償。①同溫度下輸出信號大，易于測量；②熱電阻測量要借助外電源，如電橋橋臂電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓輸出；③和熱電偶比，熱電阻感溫體結(jié)構(gòu)復雜，體積較大，熱慣性大不適宜測體積狹小和溫度變化快的溫度；④抗機械強度與振動性能較差；⑤同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高，但在低溫區(qū)（t<0℃），用熱電阻測溫較好。鉑電阻溫度計特點：鉑電阻溫度計精度高，穩(wěn)定性好、性能可靠，但145．3．2熱敏電阻傳感器

熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度變化而改變的特性制成的溫度傳感器。大多數(shù)半導體熱敏電阻是由各種氧化物按一定比例混合，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。半導體熱敏電阻可制成片狀、柱狀和珠狀，如圖5.21所示。圖5.21半導體熱敏電阻結(jié)構(gòu)1-電阻體；2-引出線；3-玻璃保護管；4-引出極；5-錫箔；6-密封材料；7導體5．3．2熱敏電阻傳感器熱敏電阻是利用半導體的電阻151.半導體熱敏電阻的特性熱敏電阻的主要特性有溫度特性和伏安特性。（1）溫度特性熱敏電阻按其性能可分為負溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻；正溫度系數(shù)PTC型熱敏電阻；臨界溫度CTR型熱敏電阻三種。

NTC型熱敏電阻:主要由錳、鐵、鎳、鈷、鈦、鉬、鎂等復合氧化物高溫燒結(jié)而成。不同的材質(zhì)組合，可以得到不同的熱敏電阻。電阻溫度系數(shù)為負，電阻值隨溫度升高而減小。PTC型熱敏電阻：可用作位式（開關型）溫度檢測元件。1.半導體熱敏電阻的特性熱敏電阻的主要特性有溫度特性和伏安特16（2）伏安特性

熱敏電阻上的端電壓與通過熱敏電阻的電流之間的關系稱為伏安特

圖5.23熱敏電阻的伏安特性熱敏電阻只有在小電流范圍內(nèi)端電壓和電流成正比。但當電流增加到一定數(shù)值時，元件由于溫度升高而阻值下降，故電壓反而下降。因此，要根據(jù)熱敏電阻的允許功耗線來確定電流，在測溫中電流不能選得太高。

（2）伏安特性熱敏電阻上的端電壓與通過熱敏電阻的電流172.熱敏電阻的特點（1）靈敏度高。半導體的電阻溫度系數(shù)比金屬大，一般是金屬的十多倍，因此可大大降低對儀器、儀表的要求。（2）體積小、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)不同要求，制成各種形狀。（3）化學穩(wěn)定性好，機械性能強，價格低廉，壽命長。（4）熱敏電阻的缺點是復現(xiàn)性和互換性差，非線性嚴重。測溫范圍較窄，目前只能達到-50～300℃。2.熱敏電阻的特點（1）靈敏度高。半導體的電阻溫度系數(shù)比金183．熱敏電阻的線性化

由于熱敏電阻具有較大的非線性特性，用于測量時，一般需要經(jīng)過線性化處理，使輸出電壓與溫度關系基本上成線性。

T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB圖5.24熱電阻線性化電路R熱敏電阻R-T特性線性化后R-T特性3．熱敏電阻的線性化由于熱敏電阻具有較大19T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB圖5.24熱電阻線性化電路R熱敏電阻R-T特性線性化后R-T特性串聯(lián)在熱敏電阻中的R的最佳值為電源電壓的變動會影響輸出，所以必須采用穩(wěn)壓電源。熱敏電阻參數(shù)僅提供25℃時的標稱電阻值，因此在確定TL、TH后，RL、RM、RH在實測時較為準確。T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtR204．熱敏電阻的應用

NTC熱敏電阻除了用于溫度測量外，還適用于轉(zhuǎn)換電源、開關電源、UPS電源、各類電加熱器、電子節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器、各種電子裝置電源電路的保護等。

在電源電路中串接一個功率型NTC熱敏電阻器，能有效地抑制開機時的浪涌電流。（開機時，溫度低，電阻大，能抑制開機時的浪涌電流，電路工作一段時間后，溫度升高，電阻減?。┩瓿梢种评擞侩娏髯饔靡院螅β市蚇TC熱敏電阻器的電阻值將下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計，不會對正常的工作電流造成影響。所以，在電源回路中使用功率型NTC熱敏電阻器，是抑制開機時的浪涌，以保證電子設備免遭破壞的最為簡便而有效的措施。

4．熱敏電阻的應用NTC熱敏電阻除了用于溫度測量外，還適21PTC熱敏電阻的一個特點是在溫度和電阻值上升到一定的程度后，可以自動保存自身的溫度。PTC熱敏電阻主要用于電子鎮(zhèn)流器的過流過熱保護，直接串聯(lián)在負載電路中，在線路出現(xiàn)異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當故障排除后又恢復原態(tài)，俗稱“萬次保險絲”。用于各種熒光燈電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能燈中，不必改動線路。將適當?shù)臒崦綦娮杵骺缃釉跓艄艿闹C振電容器兩端，可以變電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能燈的硬啟動為預熱啟動，使燈絲的預熱時間達0.4～2秒可延長燈管壽命三倍以上。PTC熱敏電阻的一個特點是在溫度和電阻值上升到一定的程度后，225.4溫度變送器

根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。

36溫度變送器與測溫元件配合使用將溫度信號轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標準信號4～20mADC或1～5VDC，以實現(xiàn)對溫度的自動檢測或自動控制。

直流毫伏變送器是將直流毫伏信號轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號，而熱電偶、熱電阻溫度變送器是將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。

溫度變送器可分為以DDZ-Ⅲ溫度變送器為主流的模擬溫度變送器和智能化溫度變送器兩大類。在結(jié)構(gòu)上，一體化結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)。本節(jié)介紹DDZ-Ⅲ溫度變送器、一體化溫度變送器和智能化溫度變送器。5．4．1DDZ-Ⅲ溫度變送器5.4溫度變送器根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送23DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。溫度檢測元件輸入電路放大電路反饋電路被測溫度輸出電流I0圖5-15溫度變送器原理框圖37DDZ-Ⅲ溫度變送器屬安全火花防爆儀表，采用四線制連接方式，分為量程單元和放大單元兩部分，它們分別設置在兩塊印刷電路板上，用接插件相連接.

放大單元是通用的，而量程單元隨品種、測量范圍不同而不同。DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可24I0Ei放大單元量程單元4～20mADC24VDC圖5.25直流毫伏變送器構(gòu)成框圖橋路部分整流濾波功率放大前置運放反饋回路隔離輸出DC/AC/DCVzVf表示供電回路表示信號傳遞回路直流毫伏變送器是把直流毫伏信號Ei轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。1.直流毫伏變送器在量程單元中調(diào)Vz可實現(xiàn)調(diào)零，調(diào)反饋信號Vf可實現(xiàn)調(diào)量程調(diào)整，放大單元實現(xiàn)信號放大、調(diào)制和隔離。I0Ei放大單元量程單元4～20mADC24VDC圖5.25252．熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器與熱電偶配合使用，要求將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號。熱電偶測量溫度的兩個特點：①需冷端溫度恒定，②熱電偶的熱電勢與熱端溫度成非線性的關系VftI0VzEi量程單元4～20mADC圖5.26熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖冷端補償和零點調(diào)整整流濾波放大單元非線性反饋校正表示供電回路表示信號傳遞回路熱電偶2．熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器與熱電偶配合使用，要求將26不同分度號熱電偶的熱電特性不相同，故與熱電偶配套的溫度變送器的非線性反饋電路隨熱電偶的分度號和測溫的范圍不同而不同，因此，不同分度號熱電偶溫度變送器不能通用。圖5.27熱電偶溫度變送器接線端子圖24VDC1～5VDC輸出4～20mADC輸出“A”、“B”分別代表熱電偶正負極連接端；“+”、“-”為24VDC電源的正負極接線端；“4”、“5”為熱電偶溫度變送器的1～5VDC電壓輸出端；“7”、“8”為熱電偶溫度變送器的4～20mADC電流輸出端；有零點和量程調(diào)節(jié)螺釘。不同分度號熱電偶的熱電特性不相同，故與熱電偶配套的溫度變送器273．熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器與熱電阻配合使用，要求將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號。熱電阻傳感器的輸出量是電阻，需引入橋路，將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；由于熱電阻溫度特性具有非線性，故在直流毫伏線路的基礎上需引入線性化環(huán)節(jié)。VfI0VzEi量程單元4～20mADC圖5.28熱電阻溫度變送器構(gòu)成框圖零點調(diào)整放大單元反饋表示供電回路表示信號傳遞回路線性化器整流濾波熱電阻t3．熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器與熱電阻配合使用，要求將28電阻溫度變送器的線性化電路:采用的是熱電阻兩端電壓信號正反饋的方法，使流過熱電阻的電流隨電壓增大而增大，即電流隨溫度的增高而增大，最終使熱電阻兩端的電壓信號與被測溫度呈線性關系。由于熱電阻溫度變送器本質(zhì)上測量的是電阻的變化，故它對引線電阻的要求較高，一般采用三線制接法。圖5.29熱電阻溫度變送器接線端子圖24VDC1～5VDC輸出4～20mADC輸出“A”、“B”“H”分別代表熱電阻連接端；“+”、“-”為24VDC電源的正負極接線端；“4”、“5”為1～5VDC電壓輸出端；“7”、“8”為4～20mADC電流輸出端；有零點和量程調(diào)節(jié)螺釘。電阻溫度變送器的線性化電路:采用的是熱電阻兩端電壓信號正反294．DDZ-Ⅲ溫度變送器防爆措施DDZ-Ⅲ溫度變送器安全火花防爆措施有三條：在輸入、輸出及電源回路之間通過變壓器而相互隔離；在輸入端設有限壓和限流元件；在輸出端及電源端裝有大功率二極管及熔斷絲。5．4．2一體化溫度變送器1．一體化熱電偶溫度變送器一體化熱電偶溫度變送器可以對各種固體、液體、氣體溫度進行檢測，應用于溫度自動檢測、控制的各個領域。一體化溫度變送器的主要特點是將傳感器與變送器融為一體圖示一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。4．DDZ-Ⅲ溫度變送器防爆措施5．4．2一體化溫度變送30一體化熱電偶溫度變送器的變送單元置于熱電偶的接線盒中，取代接線座。安裝后的一體化熱電偶溫度變速器外觀結(jié)構(gòu)如圖5.31所示。1-變送器模塊；2-穿線孔；3-接線盒；4-進線孔；5-固定裝置；6-保護套管；7-熱電極圖5.31一體化熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖變送器模塊采用航天技術電子線路結(jié)構(gòu)形式，減少了元器件；采用全密封結(jié)構(gòu)，用環(huán)氧樹脂澆注，抗震動、防潮濕、防腐蝕、耐溫性能好，可用于惡劣的使用環(huán)境。變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃一體化熱電偶溫度變送器的變送單元置于熱電偶的接線盒中，取代接31變送器模塊外形如圖5.32所示圖5.32變送器模塊外形圖中“1”、“2”分別代表熱電偶正負極連接端；“4”、“5”為電源和信號線的正負極接線端；“6”為零點調(diào)節(jié)；“7”為量程調(diào)節(jié)。一體化熱電偶溫度變送器采用兩線制，即電源和信號公用兩根線，在提供24V供電同時，輸出4～20mA電流信號。一體化熱電偶溫度變送器的安裝與其它熱電偶安裝要求基本相同，但要注意感溫元件與大地間應保持良好絕緣，不然將直接影響測量準確性，嚴重時會影響儀表的正常運行。兩根熱電極對應插入“1”和“2”接線柱，擰緊頂緊螺絲。將變送器固定在接線盒內(nèi)，接好信號線，封接線盒蓋，則一體化溫度變送器組裝完成。變送器模塊外形如圖5.32所示圖5.32變送器模塊外形322．一體化熱電阻溫度傳感器與一體化熱電偶溫度傳感器一樣，一體化熱電阻溫度傳感器將熱電阻與變送器融為一體；將溫度值經(jīng)熱電阻測量后，轉(zhuǎn)換成4～20mA的標準電流信號輸出。圖5.34變送器模塊外形+6274531（a）三線制+627451（b）二線制圖中，“1”“2”為熱電阻引出線接線端，“3”為熱電阻三線制輸入的引線補償端接線柱。若采用引出線二線輸入，則“3”和“2”必須短接，即實現(xiàn)一體化安裝。如圖5.34（a）所示，提供三線制接法。2．一體化熱電阻溫度傳感器與一體化熱電偶溫度傳感器一樣，一體33智能式溫度變送器主要采用HART協(xié)議通信方式和現(xiàn)場總線通信方式，不管采用何種通信方式，智能化溫度變送器一般具有通用性強，使用方便靈活，具有各種補償功能，控制功能，通信功能和自診斷功能等特點。5．4．3智能式溫度變送器HART協(xié)議HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。

HART通信方式，其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信。

智能式溫度變送器主要采用HART協(xié)議通信方式和現(xiàn)場總線通信方34在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。

網(wǎng)絡協(xié)議作的事情就是把文字寫到信紙上裝進信封，最后打成郵包，網(wǎng)絡連接設備，根據(jù)不同的地址發(fā)到不同地方，然后再一層層解開，到用戶那里看到的是真正的內(nèi)容

如對現(xiàn)場儀表設定，對現(xiàn)場儀表進行壽命監(jiān)視，程序下載等遠程組態(tài)，設定和診斷）HART儀表都能提供儀表本身的信息，包括儀表的型號、測量范圍、制造廠名稱、材料、工位號等，因此，調(diào)試人員從屏幕上就能知道各個工位上安裝的儀表是否是正確的儀表，而不必到現(xiàn)場去一一確認。

在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，35有一家煉油廠，因為一臺液位變送器的輸出信號連接處出現(xiàn)結(jié)露而引起部分短路，但運行人員又無法判斷信號的可信性，最終造成溢罐，工廠全部停工，直接損失30萬美元。如果采用HART儀表，就可以避免這類損失。

由于HART儀表不斷向系統(tǒng)提供儀表自身的狀態(tài)信息，因此，儀表維修人員對在線儀表的工作狀態(tài)十分清楚。不像采用模擬儀表時，只能依靠經(jīng)驗和推理來懷疑某臺儀表有問題，然后到現(xiàn)場去拆卸，送到儀表車間校驗，而結(jié)果往往儀表是正常的。現(xiàn)在已經(jīng)可以進行設備的網(wǎng)絡管理以及實施前瞻性維護。有一家煉油廠，因為一臺液位變送器的輸出信號連接處出現(xiàn)結(jié)露而引36現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線定義：４－２０mA只能單向傳輸一個測量信號，若傳輸上述大量信息，必得增加電纜數(shù)量，使系統(tǒng)費用增加?，F(xiàn)場總線Fieldbus能夠支持雙向，多支路，多變量，全數(shù)字化的信息傳輸，大大節(jié)約電纜，因此現(xiàn)場總線應用戶的需求產(chǎn)生了?，F(xiàn)場總線的優(yōu)勢（特點）（優(yōu)點）（１）提高準確度引入現(xiàn)場總線可消除模擬通信方式中數(shù)據(jù)傳輸時產(chǎn)生的誤差，提高傳輸精度．現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多37（２）了解控制的實時性（３）

取消I/O的轉(zhuǎn)換（柜）（４）

節(jié)約信號電纜（５）

雙向通信（６）

多變量檢測和傳遞用一臺現(xiàn)場儀表可同時檢測多個過程變量用一臺現(xiàn)場儀表可將測量的變量全部傳遞出去如：一個自動調(diào)節(jié)傳遞一個控制信號。一個開環(huán)信號和兩個限位信號。如果采用系統(tǒng)—-現(xiàn)場儀表則需要4根導線（根），而采用現(xiàn)場總線儀表，則需要一根導線。（２）了解控制的實時性（６）

多變量檢測和傳遞38操作站

控制站

操作站DCSFCS操作站控制站 操作站DCSFCS39熱電阻溫度計課件405．4．3智能式溫度變送器39以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；安裝維護方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。5．4．3智能式溫度變送器39以SMART公司的TT302溫41輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖示TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖40TT302溫度變送器具有雙通道輸入，可接受兩個測量信號，用戶可以通過上位管理計算機或掛接在現(xiàn)場總線通信電纜上的手持式組態(tài)器，對變送器進行遠程組態(tài)，調(diào)用或刪除功能模塊。可實現(xiàn)需要的控制策略。既可以直接安裝在傳感器上；也可通過支架安裝在管線或平面上。輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖示TT302溫度42控制站沒有取消低層的基本控制功能由現(xiàn)場一般儀表完成高層的基本控制功能（協(xié)調(diào)和高級控制功能）由控制站完成?？刂普緵]有取消43例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500℃,而這時冷端溫度為60℃,試問實際溫度應為多少?如果熱端溫度不變,設法使冷端溫度保持在20℃,此時顯示儀表的指示值應為多少?解：顯示儀表指示值為500℃時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的,即

E(t,t0)=20.64(mV)

由附錄三同樣可以查得

E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)

41例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒44例題分析由式(5-14)可以得到

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)

由23.076mV,查附錄三,可得

t≈557℃

即被測實際溫度為557℃。當熱端為557℃,冷端為20℃時,由于E(20,0)=0.798mV,故有

E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278(mV)

由此電勢,查附錄三,可得顯示儀表指示值約為538.4℃。由此可見,當冷端溫度降低時,顯示儀表的指示值更接近于被測溫度實際值。42例題分析由式(5-14)可以得到4245例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來測量爐溫,連接方式分別如圖5-18(a)、(b)、(c)所示。已知爐內(nèi)溫度均勻,最高溫度為1000℃,試分別計算測量儀表的測量范圍(以最大毫伏數(shù)表示)。

圖5-18爐子溫度測量43例題分析2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來測量爐溫,連接46例題分析解:(a)由于這時熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶對應于1000℃時的熱電勢可以由附錄一查得

E(1000,0℃)=9.585(mV)

兩支熱電偶串聯(lián),測量儀表所測信號的最大值為

Emax=2×9.585=19.17(mV)

根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。

(b)由于這時不僅要考慮補償導線引出來以后的冷端溫度(30℃),而且要考慮爐旁邊補償導線與熱電偶的接線盒內(nèi)的溫度(100℃)對熱電勢的影響。44例題分析解:(a)由于這時熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶47例題分析假定補償導線C、D與熱電偶A、B本身在100℃以下的熱電特性是相同的,所以在冷端處形成的熱電勢為E(30,0℃)=0.173(mV)

在補償導線C、D與熱電偶的連接處1、4兩點可以認為不產(chǎn)生熱電勢,但在接線盒內(nèi)2、3兩點形成的熱電偶相當于熱電偶在100℃時形成的熱電勢,即E(100,0℃)=0.645(mV)

由于該電勢的方向與兩支熱電偶在熱端產(chǎn)生的電勢方向是相反的,所以這時總的熱電勢為E

max=2E(1000,0℃)-E(100,0℃)-E(30,0℃)=2×9.585-0.645-0.173=18.352(mV)45例題分析假定補償導線C、D與熱電偶A、B本身在148例題分析根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。在這種情況下,如果爐旁邊接線盒內(nèi)的溫度變化,會以測量產(chǎn)生較大的影響,造成較大的測量誤差。

(c)由于這時兩支熱電偶冷端都用補償導線引至遠離爐子處,冷端溫度為30℃,故總的熱電勢為Emax=2E(1000,0℃)-2E(30,0℃)=2×9.585-2×0.173=18.824(mV)

由此可知,在同樣都是用兩支熱電偶串聯(lián)來測量爐溫時,由于接線不同,產(chǎn)生的熱電勢也是不相同的,在選擇測量儀表時,一定要考慮這種情況。46例題分析根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。在這種情49例題分析3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都是15mV,試分別計算這時爐子的實際溫度。

解：在(a)情況時,由于2E(t,0)=15mV,即E(t,0)=7.5mV,查表(附錄一)可得實際溫度約為814.3℃。在(b)情況時,由于

2E(t,0)=15+E(30,0)+E(100,0)=15+0.173+0.645=15.818(mV)E(t,0)=7.909(mV)查表可得實際溫度約為851.2℃。47例題分析3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都50例題分析在(c)情況時,由于2E(t,0)=15+2E(30,0)=15+2×0.173=15.346(mV)

即E(t,0)=7.673(mV)

查表可得實際溫度約為830℃。由上述例子可以看出,雖然采用了補償導線,但并不能完全克服冷端溫度變化對測量的影響。補償導線只是將冷端由溫度變化比較劇烈的地方移至溫度變化較小的地方。如果這時冷端的溫度仍不為0℃,那么還必須考慮如何進行冷端溫度補償?shù)膯栴}。48例題分析在(c)情況時,由于4851例題分析4.在用熱電偶測量溫度時,除了要考慮冷端溫度的影響外,還要注意熱電偶極性不能接錯;熱電偶與補償導線要配套;熱電偶分度號與指示儀表要配套等問題。在用熱電阻測量溫度時,同樣要考慮熱電阻分度號與測量儀表配套、三線制接法等,下面給出幾個思考題及其結(jié)論,請大家自行證明(或說明)。

(1)如果熱電偶熱端為600℃,冷端為30℃,儀表的機械零點為0℃,沒有加以冷端溫度補償。問該儀表的指示值將高于還是低于600℃?49例題分析4.在用熱電偶測量溫度時,除了要考慮冷端溫度的影響外52例題分析

(2)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,將儀表機械零點調(diào)至25℃,但實際上室溫(冷端溫度為10℃),問這時儀表指示值將偏高還是偏低?(3)有S分度號動圈儀表一臺,錯接入K分度號熱電偶,問指示值偏高還是偏低?(4)鉑銠10-鉑熱電偶,錯接入銅-銅鎳補償導線(鉑銠10與銅相接,鉑與銅鎳相接),問指示值將偏高還是偏低?(5)當熱電偶補償導線極性接錯時,指示值偏高還是偏低?

50例題分析(2)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,將儀表機械53例題分析

(6)當熱電偶短路、斷路及極性接反時,與之配套的自動電子電位差計的指針各指向哪里?(7)當熱電阻短路或斷路時,與之配套的動圈儀表指針將指向哪里?。

(8)當用熱電阻測溫時,若不采用三線制接法,而連接熱電阻的導線因環(huán)境溫度升高而增加時,其指示值將偏高還是偏低?51例題分析(6)當熱電偶短路、斷路及極性接反時,與之配套54ENDEND55工業(yè)上常用電阻式測溫儀表來測量-200～+600℃之間的溫度，在特殊情況下可測量極低或高達1000℃的溫度。電阻式測溫儀表的特點是準確度高；在中、低溫下（500℃以下）測量，輸出信號比熱電偶大很多，靈敏度高；由于其輸出也是電信號，便于實現(xiàn)信號的遠傳和多點切換測量。電阻體是測溫敏感元件，有導體和半導體兩類。

熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導線所組成。工業(yè)上常用電阻式測溫儀表來測量-200～+600℃之56第三節(jié)熱電阻溫度計

熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。一、測溫原理

利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。

31對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關系如下式

第三節(jié)熱電阻溫度計熱電阻溫度計適用于測量-2057常用電橋測量電阻Rt的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出

R4R3R2RtAEBCDΔU圖5.17不平衡電橋原理當溫度處于測量下限時，Rt＝Rtmin設計橋路電阻，滿足R3×Rtmin＝R2×R4此時電橋平衡，△U＝0當溫度上升時，橋路失去平衡設某一時刻Rt＝Rtmin+ΔRt

常用電橋測量電阻Rt的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出R4R3R2R58

電橋電源E為穩(wěn)壓電源。電橋有電流流過時，連接導線和熱電阻會發(fā)熱而引起附加溫度誤差，在設計和使用中要求這種誤差不超過0.2%。通常當流過熱電阻6mA電流時，因發(fā)熱會產(chǎn)生的誤差約0.1℃，一般選擇流過熱電阻的電流為3mA。熱電阻的引線方式1、兩線制：在熱電阻感溫體兩端各連一根導線的引線方式。兩線制引線方式適用于引線不長，測溫精度要求較低的場合。2、三線制：在熱電阻感溫體一端連一根導線，另一端連兩根導線的引線方式。這種引線方式可以消除引線電阻對測量的影響。AbacCDR0r1r1r1ER4R3R2RtBΔU圖5.18熱電阻三線制橋路連接電橋電源E為穩(wěn)壓電源。電橋有電流流過時，連接導線59

3、四線制連線：熱電阻體的兩端各連接兩根導線的引線方式為四線制。其中兩根引線為熱電阻提供恒流源I，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過另兩根引線引至電位差計進行測量。這種接線方式能完全消除引線電阻帶來的附加誤差，這種引線方式主要用于高精度的溫度檢測。3、四線制連線：熱電阻體的兩端各連接兩根導線的引線方60必須指出，無論是三線制還是四線制，引線都應該從熱電阻感溫元件的根部引出，不能從熱電阻的接線端子上分出。

3．熱電阻材料及常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要?。辉谡麄€測溫范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復制性；電阻值隨溫度的變化關系，最好呈線性；價格便宜。必須指出，無論是三線制還是四線制，引線都應該從熱電阻感溫元件61第三節(jié)熱電阻溫度計331.鉑電阻

金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學穩(wěn)定性,有良好的復制性。但價格較貴。

要確定Rt～t的關系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關系也不同。這種Rt～t的關系稱為分度表,用分度號來表示。

目前我國常用的鉑電阻有兩種，分度號Pt100和Pt10，最常用的是Pt100，R（0℃）＝100.00Ω。

第三節(jié)熱電阻溫度計331.鉑電阻金屬鉑容易提純,62第三節(jié)熱電阻溫度計342.銅電阻

金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應的分度號為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對應的分度號為Cu100。第三節(jié)熱電阻溫度計342.銅電阻金屬銅易加工提634．熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電阻溫度傳感器工業(yè)用普通熱電阻溫度傳感器由電阻體、絕緣套管、保護管、接線盒和連接電阻體與接線盒的引出線等部件組成。絕緣套管、保護管、接線盒與熱電偶溫度傳感器基本相同，絕緣套管一般使用雙芯或四芯氧化鋁絕緣材料，引出線穿過絕緣管。電阻體和引出線均裝在保護管內(nèi)。熱電阻溫度傳感器外形與熱電偶溫度傳感器相同。鉑電阻體常見形式如圖5.19所示，

4．熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電阻溫度傳感器工業(yè)用普64圖5.19（a）為云母片做骨架，把云母片兩邊做成鋸齒狀，將鉑絲繞在云母骨架上，然后用兩片無鋸齒云母夾住，再用銀帶扎緊。鉑絲采用雙線法繞制，以消除電感

。圖5.19鉑電阻體的結(jié)構(gòu)1-引出銀線；2-鉑絲；3-鋸齒形云母骨架；4-保護用云母片；5-銀綁帶；6-鉑電阻橫截面；7-保護套管；8-石英骨架（b）采用石英玻璃，具有良好的絕緣和耐高溫特性，把鉑絲雙繞在直徑為3mm的石英玻璃上，為使鉑絲絕緣和不受化學腐蝕、機械損傷，在石英管外再套一個外徑為5mm的石英管。鉑電阻體用銀絲作為引出線。圖5.19（a）為云母片做骨架，把云母片兩邊做成鋸齒狀，將鉑65銅電阻體結(jié)構(gòu)如圖5.20所示。它采用直徑約0.1mm的絕緣銅線（它包括錳銅或鎳銅部分）采用雙線繞法分層繞在圓柱形塑料支架上。用直徑1mm的銅絲或鍍銀銅絲做引出線。圖5.20銅電阻體的結(jié)構(gòu)1-線圈骨架；2-銅熱電阻絲；3-補償組；4-銅引出線；為改善熱傳導，在電阻體與保護管之間常置有金屬夾持件或內(nèi)套管。銅電阻體結(jié)構(gòu)如圖5.20所示。它采用直徑約0.1mm的絕緣銅66（2）鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻是將電阻體與引出線焊接好后，裝入金屬小套管，再充填以絕緣材料粉末，最后密封，經(jīng)冷拔、旋鍛加工而成的組合體。

由于鎧裝熱電阻的體積可以做得很小，因此它的熱慣性小，反應速度快。除電阻體部分外，其它部分可以做任何方向彎曲，因此它具有良好的耐震動和抗沖擊的性能，并且不易被有害介質(zhì)所侵蝕，其使用壽命比普通熱電阻長。

（2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是將電阻體與引出線675．熱電阻測溫儀表的應用注意的幾個問題（1）熱電阻測溫儀表常用來測量-200～+600℃之間的溫度。（2）熱電阻的顯示儀表必須與熱電阻配套。（3）動態(tài)誤差。由于電阻體體積較大，熱容量大，其動態(tài)誤差比熱電偶大，這也制約了熱電阻在快速測溫中的應用。（4）連線電阻變化與熱電阻阻值變化產(chǎn)生疊加，引起測量誤差。應采用三線制接法予以消除。（5）熱電阻通電發(fā)熱引起誤差。在實際測溫中，熱電阻流過電流使熱電阻發(fā)熱，從而引起誤差。（6）熱電阻的安裝與熱電偶的安裝要求基本相同。5．熱電阻測溫儀表的應用注意的幾個問題（1）熱電阻測溫儀表常68鉑電阻溫度計特點：鉑電阻溫度計精度高，穩(wěn)定性好、性能可靠，但電阻與溫度有非線性。

銅電阻溫度計特點：銅電阻溫度計溫度系數(shù)大，電阻與溫度線性好，銅容易加工提純，價格便宜，但溫度測量范圍較窄。熱電偶特點熱電阻特點熱電偶兩端存在溫差就有熱電勢輸出，能直接測量，但需要冷端溫度補償。①同溫度下輸出信號大，易于測量；②熱電阻測量要借助外電源，如電橋橋臂電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓輸出；③和熱電偶比，熱電阻感溫體結(jié)構(gòu)復雜，體積較大，熱慣性大不適宜測體積狹小和溫度變化快的溫度；④抗機械強度與振動性能較差；⑤同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高，但在低溫區(qū)（t<0℃），用熱電阻測溫較好。鉑電阻溫度計特點：鉑電阻溫度計精度高，穩(wěn)定性好、性能可靠，但695．3．2熱敏電阻傳感器

熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度變化而改變的特性制成的溫度傳感器。大多數(shù)半導體熱敏電阻是由各種氧化物按一定比例混合，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。半導體熱敏電阻可制成片狀、柱狀和珠狀，如圖5.21所示。圖5.21半導體熱敏電阻結(jié)構(gòu)1-電阻體；2-引出線；3-玻璃保護管；4-引出極；5-錫箔；6-密封材料；7導體5．3．2熱敏電阻傳感器熱敏電阻是利用半導體的電阻701.半導體熱敏電阻的特性熱敏電阻的主要特性有溫度特性和伏安特性。（1）溫度特性熱敏電阻按其性能可分為負溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻；正溫度系數(shù)PTC型熱敏電阻；臨界溫度CTR型熱敏電阻三種。

NTC型熱敏電阻:主要由錳、鐵、鎳、鈷、鈦、鉬、鎂等復合氧化物高溫燒結(jié)而成。不同的材質(zhì)組合，可以得到不同的熱敏電阻。電阻溫度系數(shù)為負，電阻值隨溫度升高而減小。PTC型熱敏電阻：可用作位式（開關型）溫度檢測元件。1.半導體熱敏電阻的特性熱敏電阻的主要特性有溫度特性和伏安特71（2）伏安特性

熱敏電阻上的端電壓與通過熱敏電阻的電流之間的關系稱為伏安特

圖5.23熱敏電阻的伏安特性熱敏電阻只有在小電流范圍內(nèi)端電壓和電流成正比。但當電流增加到一定數(shù)值時，元件由于溫度升高而阻值下降，故電壓反而下降。因此，要根據(jù)熱敏電阻的允許功耗線來確定電流，在測溫中電流不能選得太高。

（2）伏安特性熱敏電阻上的端電壓與通過熱敏電阻的電流722.熱敏電阻的特點（1）靈敏度高。半導體的電阻溫度系數(shù)比金屬大，一般是金屬的十多倍，因此可大大降低對儀器、儀表的要求。（2）體積小、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)不同要求，制成各種形狀。（3）化學穩(wěn)定性好，機械性能強，價格低廉，壽命長。（4）熱敏電阻的缺點是復現(xiàn)性和互換性差，非線性嚴重。測溫范圍較窄，目前只能達到-50～300℃。2.熱敏電阻的特點（1）靈敏度高。半導體的電阻溫度系數(shù)比金733．熱敏電阻的線性化

由于熱敏電阻具有較大的非線性特性，用于測量時，一般需要經(jīng)過線性化處理，使輸出電壓與溫度關系基本上成線性。

T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB圖5.24熱電阻線性化電路R熱敏電阻R-T特性線性化后R-T特性3．熱敏電阻的線性化由于熱敏電阻具有較大74T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtRRARB圖5.24熱電阻線性化電路R熱敏電阻R-T特性線性化后R-T特性串聯(lián)在熱敏電阻中的R的最佳值為電源電壓的變動會影響輸出，所以必須采用穩(wěn)壓電源。熱敏電阻參數(shù)僅提供25℃時的標稱電阻值，因此在確定TL、TH后，RL、RM、RH在實測時較為準確。T/℃R/Ω0TLTMTHRHRMRL+VCCVO差放RtR754．熱敏電阻的應用

NTC熱敏電阻除了用于溫度測量外，還適用于轉(zhuǎn)換電源、開關電源、UPS電源、各類電加熱器、電子節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器、各種電子裝置電源電路的保護等。

在電源電路中串接一個功率型NTC熱敏電阻器，能有效地抑制開機時的浪涌電流。（開機時，溫度低，電阻大，能抑制開機時的浪涌電流，電路工作一段時間后，溫度升高，電阻減小）完成抑制浪涌電流作用以后，功率型NTC熱敏電阻器的電阻值將下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計，不會對正常的工作電流造成影響。所以，在電源回路中使用功率型NTC熱敏電阻器，是抑制開機時的浪涌，以保證電子設備免遭破壞的最為簡便而有效的措施。

4．熱敏電阻的應用NTC熱敏電阻除了用于溫度測量外，還適76PTC熱敏電阻的一個特點是在溫度和電阻值上升到一定的程度后，可以自動保存自身的溫度。PTC熱敏電阻主要用于電子鎮(zhèn)流器的過流過熱保護，直接串聯(lián)在負載電路中，在線路出現(xiàn)異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當故障排除后又恢復原態(tài)，俗稱“萬次保險絲”。用于各種熒光燈電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能燈中，不必改動線路。將適當?shù)臒崦綦娮杵骺缃釉跓艄艿闹C振電容器兩端，可以變電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能燈的硬啟動為預熱啟動，使燈絲的預熱時間達0.4～2秒可延長燈管壽命三倍以上。PTC熱敏電阻的一個特點是在溫度和電阻值上升到一定的程度后，775.4溫度變送器

根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。

36溫度變送器與測溫元件配合使用將溫度信號轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標準信號4～20mADC或1～5VDC，以實現(xiàn)對溫度的自動檢測或自動控制。

直流毫伏變送器是將直流毫伏信號轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號，而熱電偶、熱電阻溫度變送器是將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。

溫度變送器可分為以DDZ-Ⅲ溫度變送器為主流的模擬溫度變送器和智能化溫度變送器兩大類。在結(jié)構(gòu)上，一體化結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)。本節(jié)介紹DDZ-Ⅲ溫度變送器、一體化溫度變送器和智能化溫度變送器。5．4．1DDZ-Ⅲ溫度變送器5.4溫度變送器根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送78DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。溫度檢測元件輸入電路放大電路反饋電路被測溫度輸出電流I0圖5-15溫度變送器原理框圖37DDZ-Ⅲ溫度變送器屬安全火花防爆儀表，采用四線制連接方式，分為量程單元和放大單元兩部分，它們分別設置在兩塊印刷電路板上，用接插件相連接.

放大單元是通用的，而量程單元隨品種、測量范圍不同而不同。DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可79I0Ei放大單元量程單元4～20mADC24VDC圖5.25直流毫伏變送器構(gòu)成框圖橋路部分整流濾波功率放大前置運放反饋回路隔離輸出DC/AC/DCVzVf表示供電回路表示信號傳遞回路直流毫伏變送器是把直流毫伏信號Ei轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。1.直流毫伏變送器在量程單元中調(diào)Vz可實現(xiàn)調(diào)零，調(diào)反饋信號Vf可實現(xiàn)調(diào)量程調(diào)整，放大單元實現(xiàn)信號放大、調(diào)制和隔離。I0Ei放大單元量程單元4～20mADC24VDC圖5.25802．熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器與熱電偶配合使用，要求將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號。熱電偶測量溫度的兩個特點：①需冷端溫度恒定，②熱電偶的熱電勢與熱端溫度成非線性的關系VftI0VzEi量程單元4～20mADC圖5.26熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖冷端補償和零點調(diào)整整流濾波放大單元非線性反饋校正表示供電回路表示信號傳遞回路熱電偶2．熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器與熱電偶配合使用，要求將81不同分度號熱電偶的熱電特性不相同，故與熱電偶配套的溫度變送器的非線性反饋電路隨熱電偶的分度號和測溫的范圍不同而不同，因此，不同分度號熱電偶溫度變送器不能通用。圖5.27熱電偶溫度變送器接線端子圖24VDC1～5VDC輸出4～20mADC輸出“A”、“B”分別代表熱電偶正負極連接端；“+”、“-”為24VDC電源的正負極接線端；“4”、“5”為熱電偶溫度變送器的1～5VDC電壓輸出端；“7”、“8”為熱電偶溫度變送器的4～20mADC電流輸出端；有零點和量程調(diào)節(jié)螺釘。不同分度號熱電偶的熱電特性不相同，故與熱電偶配套的溫度變送器823．熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器與熱電阻配合使用，要求將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號。熱電阻傳感器的輸出量是電阻，需引入橋路，將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；由于熱電阻溫度特性具有非線性，故在直流毫伏線路的基礎上需引入線性化環(huán)節(jié)。VfI0VzEi量程單元4～20mADC圖5.28熱電阻溫度變送器構(gòu)成框圖零點調(diào)整放大單元反饋表示供電回路表示信號傳遞回路線性化器整流濾波熱電阻t3．熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器與熱電阻配合使用，要求將83電阻溫度變送器的線性化電路:采用的是熱電阻兩端電壓信號正反饋的方法，使流過熱電阻的電流隨電壓增大而增大，即電流隨溫度的增高而增大，最終使熱電阻兩端的電壓信號與被測溫度呈線性關系。由于熱電阻溫度變送器本質(zhì)上測量的是電阻的變化，故它對引線電阻的要求較高，一般采用三線制接法。圖5.29熱電阻溫度變送器接線端子圖24VDC1～5VDC輸出4～20mADC輸出“A”、“B”“H”分別代表熱電阻連接端；“+”、“-”為24VDC電源的正負極接線端；“4”、“5”為1～5VDC電壓輸出端；“7”、“8”為4～20mADC電流輸出端；有零點和量程調(diào)節(jié)螺釘。電阻溫度變送器的線性化電路:采用的是熱電阻兩端電壓信號正反844．DDZ-Ⅲ溫度變送器防爆措施DDZ-Ⅲ溫度變送器安全火花防爆措施有三條：在輸入、輸出及電源回路之間通過變壓器而相互隔離；在輸入端設有限壓和限流元件；在輸出端及電源端裝有大功率二極管及熔斷絲。5．4．2一體化溫度變送器1．一體化熱電偶溫度變送器一體化熱電偶溫度變送器可以對各種固體、液體、氣體溫度進行檢測，應用于溫度自動檢測、控制的各個領域。一體化溫度變送器的主要特點是將傳感器與變送器融為一體圖示一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。4．DDZ-Ⅲ溫度變送器防爆措施5．4．2一體化溫度變送85一體化熱電偶溫度變送器的變送單元置于熱電偶的接線盒中，取代接線座。安裝后的一體化熱電偶溫度變速器外觀結(jié)構(gòu)如圖5.31所示。1-變送器模塊；2-穿線孔；3-接線盒；4-進線孔；5-固定裝置；6-保護套管；7-熱電極圖5.31一體化熱電偶溫度變送器構(gòu)成框圖變送器模塊采用航天技術電子線路結(jié)構(gòu)形式，減少了元器件；采用全密封結(jié)構(gòu)，用環(huán)氧樹脂澆注，抗震動、防潮濕、防腐蝕、耐溫性能好，可用于惡劣的使用環(huán)境。變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃一體化熱電偶溫度變送器的變送單元置于熱電偶的接線盒中，取代接86變送器模塊外形如圖5.32所示圖5.32變送器模塊外形圖中“1”、“2”分別代表熱電偶正負極連接端；“4”、“5”為電源和信號線的正負極接線端；“6”為零點調(diào)節(jié)；“7”為量程調(diào)節(jié)。一體化熱電偶溫度變送器采用兩線制，即電源和信號公用兩根線，在提供24V供電同時，輸出4～20mA電流信號。一體化熱電偶溫度變送器的安裝與其它熱電偶安裝要求基本相同，但要注意感溫元件與大地間應保持良好絕緣，不然將直接影響測量準確性，嚴重時會影響儀表的正常運行。兩根熱電極對應插入“1”和“2”接線柱，擰緊頂緊螺絲。將變送器固定在接線盒內(nèi)，接好信號線，封接線盒蓋，則一體化溫度變送器組裝完成。變送器模塊外形如圖5.32所示圖5.32變送器模塊外形872．一體化熱電阻溫度傳感器與一體化熱電偶溫度傳感器一樣，一體化熱電阻溫度傳感器將熱電阻與變送器融為一體；將溫度值經(jīng)熱電阻測量后，轉(zhuǎn)換成4～20mA的標準電流信號輸出。圖5.34變送器模塊外形+6274531（a）三線制+627451（b）二線制圖中，“1”“2”為熱電阻引出線接線端，“3”為熱電阻三線制輸入的引線補償端接線柱。若采用引出線二線輸入，則“3”和“2”必須短接，即實現(xiàn)一體化安裝。如圖5.34（a）所示，提供三線制接法。2．一體化熱電阻溫度傳感器與一體化熱電偶溫度傳感器一樣，一體88智能式溫度變送器主要采用HART協(xié)議通信方式和現(xiàn)場總線通信方式，不管采用何種通信方式，智能化溫度變送器一般具有通用性強，使用方便靈活，具有各種補償功能，控制功能，通信功能和自診斷功能等特點。5．4．3智能式溫度變送器HART協(xié)議HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。

HART通信方式，其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信。

智能式溫度變送器主要采用HART協(xié)議通信方式和現(xiàn)場總線通信方89在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。

網(wǎng)絡協(xié)議作的事情就是把文字寫到信紙上裝進信封，最后打成郵包，網(wǎng)絡連接設備，根據(jù)不同的地址發(fā)到不同地方，然后再一層層解開，到用戶那里看到的是真正的內(nèi)容

如對現(xiàn)場儀表設定，對現(xiàn)場儀表進行壽命監(jiān)視，程序下載等遠程組態(tài)，設定和診斷）HART儀表都能提供儀表本身的信息，包括儀表的型號、測量范圍、制造廠名稱、材料、工位號等，因此，調(diào)試人員從屏幕上就能知道各個工位上安裝的儀表是否是正確的儀表，而不必到現(xiàn)場去一一確認。

在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，90有一家煉油廠，因為一臺液位變送器的輸出信號連接處出現(xiàn)結(jié)露而引起部分短路，但運行人員又無法判斷信號的可信性，最終造成溢罐，工廠全部停工，直接損失30萬美元。如果采用HART儀表，就可以避免這類損失。

由于HART儀表不斷向系統(tǒng)提供儀表自身的狀態(tài)信息，因此，儀表維修人員對在線儀表的工作狀態(tài)十分清楚。不像采用模擬儀表時，只能依靠經(jīng)驗和推理來懷疑某臺儀表有問題，然后到現(xiàn)場去拆卸，送到儀表車間校驗，而結(jié)果往往儀表是正常的。現(xiàn)在已經(jīng)可以進行設備的網(wǎng)絡管理以及實施前瞻性維護。有一家煉油廠，因為一臺液位變送器的輸出信號連接處出現(xiàn)結(jié)露而引91現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡。現(xiàn)場總線定義：４－２０mA只能單向傳輸一個測量信號，若傳輸上述大量信息，必得增加電纜數(shù)量，使系統(tǒng)費用增加?，F(xiàn)場總線Fieldbus能夠支持雙向，多支路，多變量，全數(shù)字化的信息傳輸，大大節(jié)約電纜，因此現(xiàn)場總線應用戶的需求產(chǎn)生了?，F(xiàn)場總線的優(yōu)勢（特點）（優(yōu)點）（１）提高準確度引入現(xiàn)場總線可消除模擬通信方式中數(shù)據(jù)傳輸時產(chǎn)生的誤差，提高傳輸精度．現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多92（２）了解控制的實時性（３）

取消I/O的轉(zhuǎn)換（柜）（４）

節(jié)約信號電纜（５）

雙向通信（６）

多變量檢測和傳遞用一臺現(xiàn)場儀表可同時檢測多個過程變量用一臺現(xiàn)場儀表可將測量的變量全部傳遞出去如：一個自動調(diào)節(jié)傳遞一個控制信號。一個開環(huán)信號和兩個限位信號。如果采用系統(tǒng)—-現(xiàn)場儀表則需要4根導線（根），而采用現(xiàn)場總線儀表，則需要一根導線。（２）了解控制的實時性（６）

多變量檢測和傳遞93操作站

控制站

操作站DCSFCS操作站控制站 操作站DCSFCS94熱電阻溫度計課件955．4．3智能式溫度變送器39以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強；質(zhì)量輕；安裝維護方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。5．4．3智能式溫度變送器39以SMART公司的TT302溫96輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖示TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖40TT302溫度變送器具有雙通道輸入，可接受兩個測量信號，用戶可以通過上位管理計算機或掛接在現(xiàn)場總線通信電纜上的手持式組態(tài)器，對變送器進行遠程組態(tài)，調(diào)用或刪除功能模塊?？蓪崿F(xiàn)需要的控制策略。既可以直接安裝在傳感器上；也可通過支架安裝在管線或平面上。輸入板主電路板液晶顯示器信號輸入信號輸出圖示TT302溫度97控制站沒有取消低層的基本控制功能由現(xiàn)場一般儀表完成高層的基本控制功能（協(xié)調(diào)和高級控制功能）由控制站完成?？刂普緵]有取消98例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500℃,而這時冷端溫度為60℃,試問實際溫度應為多少?如果熱端溫度不變,設法使冷端溫度保持在20℃,此時顯示儀表的指示值應為多少?解：顯示儀表指示值為500℃時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的,即

E(t,t0)=20.64(mV)

由附錄三同樣可以查得

E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)

41例題分析舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒99例題分析由式(5-14)可以得到

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)

由23.076mV,查附錄三,可得

t≈557℃

即被測實際溫度為557℃。當熱端為557℃,冷端為20℃時,由于E(20,0)=0.798mV,故有

E(t,t0)=E(t,0)-E(