DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器的設(shè)計線路

因為溫度變送器是zui常用的工業(yè)自動化儀表之一，下面討論一個實際的例子。DDZ-Ⅲ型儀表的一種熱電偶溫度變送器的簡化線路圖。其基本結(jié)構(gòu)就是按圖1-12的原則安排的。

圖1-14中，熱電動勢E與銅電阻Rcu上的冷端溫度補(bǔ)償電動勢相加后，送至運(yùn)算放大器IC>的同相輸入端。ICy的反相輸入端則接受電位器RPp上的零點(diǎn)遷移電壓及反饋電壓V4，這兩個電壓在量程電位器RP上疊加，改變RPz觸點(diǎn)的位置可以改變反饋電壓的分壓比，即改變反饋強(qiáng)度，因而改變整個變送器的量程。不過在這個電路中，當(dāng)改變RPz觸點(diǎn)位置時，也同時改變著零點(diǎn)遷移電壓的分壓比。因此在改變量程時，零點(diǎn)會被牽連變化，使用時必須過細(xì)到這—特點(diǎn)。

圖：DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器的簡化線路圖

放大器ICz是一個低漂移高增益運(yùn)算放大器，它根據(jù)加在同相端和反相端兩個輸入電壓之差工作。為了方便，將這部分電路單獨(dú)畫出如圖1-15所示。當(dāng)熱電動勢E增大時，ICz輸出正電壓，經(jīng)復(fù)合管VTR1、VT構(gòu)成的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)化為恒流輸出h。這個電流在方波電源的作用下，交替地通過輸出變壓器T的兩個原邊繞組，在副邊繞組中感應(yīng)出與/大小成正比的交變電流。此電流經(jīng)整流濾波，即為變送器的直流輸出電流。

熱電偶溫度變送器的設(shè)計線路

這里使用復(fù)合管VTa1、VT的目的是提高功率放大級的輸入阻抗，減少運(yùn)算放大器lCp的功耗，從而降低其溫度漂移。輸出端穩(wěn)壓管VD-zo的作用在于，當(dāng)電流輸出回路斷線時，輸出電流/仍可通過穩(wěn)壓管形成回路，保證電壓輸出信號不受影響。

圖：熱電偶溫度變送器的功率放大及輸出電路

圖1-14變送器的反饋回路是由電流互感器T、整流濾波電路，以及由運(yùn)算放大器IC;構(gòu)成的非線性函數(shù)電路組成的。由于輸出變壓器T。的副邊電流是正負(fù)對稱的交變電流，串入一個電流互感器T便可以實現(xiàn)隔離反饋。T+的副邊電流經(jīng)檢波濾波，在、C上可得到與輸出電流l成正比的直流反饋電壓V;，該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC┐和多段二極管折線逼近電路組成的非線性變換電路轉(zhuǎn)換為電壓V后，反饋到運(yùn)算放大器ICz的反相輸入端，實現(xiàn)對熱電偶特性的線性化修正。關(guān)于非線性變換電路的細(xì)致結(jié)構(gòu)，此處不再詳述。

圖1-14變送器的電源是由+24V直流電源供給的。為了提高變送器的抗共模干擾能力和有利于安全防爆，放大器需要在電路上與電源隔離。為此，+24V直流電源不直接與放大電路相連，需經(jīng)直流-交流-直流變換，即先用振蕩器把直流電源變?yōu)榻涣鳎缓笸ㄟ^變壓器T,，以交變磁通將能量傳遞給副邊繞組。zui后，將副邊繞組上的交流電壓整流、濾波、穩(wěn)壓，獲得±9V的直流電壓供給運(yùn)算放大器。

zui后，討論一下這個變送器采取的安全防爆措施。我們知道，很多化工及石油生產(chǎn)場所，常存在易燃易爆的氣體或介質(zhì)。在使用電動儀表時，如果不采取措施，在電路接通、斷開或事故狀態(tài)時，難免發(fā)生火花，引起爆炸或火災(zāi)。因此，用于這些易燃易爆場所的電動儀表，必須在結(jié)構(gòu)上或電路上采取安全措施，例如，在DDZ—Ⅰ和DDZ—Ⅱ型電動單元組合儀表中常在結(jié)構(gòu)上采取隔爆措施，使儀表內(nèi)可能產(chǎn)生的火花和外界的易燃易爆氣體相隔離，以實現(xiàn)防爆。在DDZ—Ⅲ型儀表中，采取的是安全火花防爆措施。它把儀表分為控制室和現(xiàn)場安裝兩類，將強(qiáng)電部分安裝于離危險場所較遠(yuǎn)的控制室中，而對安裝在危險場所的檢測儀表及執(zhí)行器，一方面在線路設(shè)計上對其自身能量進(jìn)行限制，另一方面使用專門的安全保護(hù)電路，嚴(yán)格防止外界非安***量的竄入，從而保證那些電路在任何事故狀況下，只可能發(fā)生“安全”的火花，即這些火花能量很小，決不會導(dǎo)致燃燒或爆炸。這種安全火花的概念是從實踐中總結(jié)出來的。大量的實踐表明，即使在易燃易爆氣體中，也不是任何火花都會引起燃燒和爆炸的。只有在火花能量足以在某一點(diǎn)引起強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，形成燃燒并產(chǎn)生連鎖反應(yīng)時，才會形成爆炸事故。例如，對zui易爆炸的氫、乙炔、水煤氣等氣體，實驗證明，在30V的電壓下，對純電阻性電路，電流只要小于70mA，便不會發(fā)生爆炸。

圖1-14所示的DDZ-Ⅲ型溫度變送器是控制室安裝儀表，屬于安全火花型防爆儀表，在線路上采取了如下安全防爆措施:

在熱電偶輸入端設(shè)穩(wěn)壓二極管VDzi、VDzip及限流電阻R、Rp以防止儀表的高能量傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場。

②變送器的輸入端與輸出及電源回路之間通過輸出變壓器T、電源變壓器T,及反饋變壓器T在電路上進(jìn)行隔離。為了防止電源線或輸出線上的高電壓通過上述變壓器原副邊繞組之間短路而竄入輸入端，在各變壓器的原副邊繞組間都設(shè)有接地的隔離層。此外，在輸出端及電源端還裝有大功率二極管VD,1~VD,5及熔絲F。Fs當(dāng)過高的正向電壓或交流電壓加到變送器輸出端或電源兩端時，將在二極管電路中產(chǎn)生大電流，把熔絲燒毀，切斷電源，使危險的電壓不能加到變送器上。由于這些二極管的功率較大，在熔絲燒毀過程中不會先被損壞。

DDZ-Ⅲ型溫度變送器除上面討論的熱電偶溫度變送器外，還有熱電阻和直流毫伏變送器兩個品種。它們的放大電路是完全相通的，只是輸入和反饋部分略有不同，這里不作詳述。