热电阻测温及其保护电路 课设.doc

绪 论 0.1变送器的构成 变送器的总体结构如图0-1所示变送器在线路结构上分为量程单元、放大单元和保护单元三部分，他们分别印制在不同的电路板上，用插件互相连接。 方框图中，空心箭头表示供电电路，实线箭头表示信号回路，输入信号与桥路部分输出信号及反馈信号现叠加，送入集成运算放大器。放大了的电压信号再经功率放大器和隔离输出电路转换成统一的4—20mA直流电流和1—5V直流电压输出给保护电路。 图0-1 温度变送器结构方框图 变送器是基于负反馈原理工作的，其构成原理如图1-1所示，它包括测量部分（即输入转换不放）、放大器和反馈部分。 测量部分用以检测被测变量x，并将其转换成能被放大器接受的输入信号（电压、电流、位移或力矩等信号）。 反馈部分则把变送器的输入信号y转换成反馈信号，再会送只输入端。与调零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值ε送入放大器进行放大，并转换成标准输出信号y。 由图1-1可以求得变送器输出与输入之间的关系为 （0-1） y 0 x 图0-2 变送器的输入输出特性 式中 K-放大器的放大系数； F-反馈部分的反馈系数； C-测量部分的转换系数。 当满足深度负反馈的条件，即KF＞＞1，上式变为 (0-2) 式（0-2）也可以输入信号、同反馈信号相平衡的原理导出。在＞＞1时，输入放大器的偏差信号ε近似为零故有，由此同样可求得如上的输入输出关系式。如果、和是电量，则把称为电平衡；如果是力或力矩，则称为力平衡或力矩平衡。显然，可利用输入信号同反馈信号相平衡的原理来分析变送器的特性。 式（0-2）表明，在＞＞1的条件下，变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F是常数，则变送器的输出与输入将保持良好地线性关系。 变送器的输入输出特性示于图1-2，、分别为被测变量的上限制和下限值，也即变送器测量的上、下限值（图中）；和分别为输出信号的上限值和下限值。它们与统一标准信号的上下限值对应。 第一章 放大单元工作原理 1.1 电压放大电路 电压放大电路由集成运算放大器构成。因为来自量程单元的输入信号很小，且放大电路采用直接耦合方式，故对温度漂移必须加以限制。为此应对集成运算放大器的温漂系数提出一定要求。这里，温漂系数主要是指随温度而变化的数值（）。 若设变送器使用环境温度范围为，失调电压温漂系数为，则在温度变化时失调电压的变化量为 （1-1） 现设为由于的变化给仪表带来了附加误差，即 ，则由于式（1-1）可知 （1-2） 式(1-2)表示了集成运算放大器的温漂系数和仪表相对误差的关系。温漂系数越大，引起的相对误差就越大。当温度变送器的最小量程为3mV，温升为25℃，要求时，按式(1-2)就要求 ＝（／C） 、及电阻、隔离变压器To等元件组成。它由直流—交流—直流变换器输出的交流方波电压供电，因而不仅具有放大作用，而且具有调制作用，以便通过隔离变压器传递信号采用了复合管是为了提高输入阻抗，减小线形集成电路功耗。引入射极电阻一方面为了稳定功率放大器的工作状态另一方面为了从两端取出反馈电压。 在方波电压的前半个周期，二极管导通，截止，由输入信号产生电流；在后半个周期内，二极管导通，截止，从而产生电流 由于和轮流通过隔离变压器To的两个绕组，于是在铁芯中产生交变磁通，这个交变磁通使To的副边产生交变电流 ，从而实现了隔离输出。 图1-1功率放大器原理图 采用复合管是为了提高强入阻抗，减少线性集成电路的功耗。引入射极电阻，一方面是为了稳定功率放大器的工作状态，另一方面为了从两端取出反馈电压。由于只阻值为50，故当流过的电流为4~20mA(其值与输出电流相等)时，反馈电压信号为0.2~1V，此电压送至量程单元，经过线性电阻网络或经过线性化环节反馈送到运算放大器的输入端，以实现整机负反馈。 1.3 隔离输出 为了避免输入与输出之间有直接电的联系，在功率放大器与输出回路之间，采用隔离变压器来传递信号，实际