温度变送器设计与制作
专 业 测控技术与仪器 课程名称 测控技术与系统
教学任务 温度变送器设计与制作 地 点 测控实验室316
教学对象 测控专业1441 课 时 8学时
一、工作任务
内容：温度变送器设计与制作。（拓展部分：二线制变送器，供电电源DC24V）
要求：1、设计一个温度变送器电路原理图，性能指标如下：
（1）测量范围：0-200℃
（2）测量精度：1% FS
（3）灵敏度：1mv/1℃
（4）变送输出：DC0-200mv
2、每组制作一个温度变送器，并测试性能指标。
目标：1、掌握电子电路的识图方法和基本步骤。
2、掌握温度变送器的特点和选型及电子元件的基本参数。
3、掌握温度变送器处理电路的设计方法。
4、掌握温度变送器的设计流程和技术指标。
5、掌握温度变送器的测量原理和使用方法。
6、熟悉电子电路的计算机辅助设计。
二、工作过程及原理
温度变送器采用热电偶、热电阻、热敏电阻等传感器作为测温元件，输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、调零电路、非线性校正、信号转换及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的标准信号。输出信号主要有电压和电流两种类型，电流信号一般是直流4-20mA或0-20mA，电压信号一般是直流1-5V或0-10V。
温度变送器从工作原理方面分析，可分为测量和放大两部分，如图5.1-1所示。测量部分主要是通过检测元件温度传感器，如金属热电阻、半导体热敏电阻和热电偶等把待测温度Ti转换成电阻或电势Xi，对于不易于传输的电阻信号要通过转换电路（如直流电桥）变成直流电压信号Ui，在经过调零和反馈信号的叠加放大后，最终得到标准电流输出信号4-20mA，或者电压信号0-10V。
图5.1-1 温度变送器结构图
三、主要设备及元器件选图
根据设计要求，采用LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
热电阻PT100的分度表
温度
℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电阻值（Ω）
0
10
20
30
40 100.00
103.90
107.79
111.67
115.54 100.39
104.29
108.18
112.06
115.93 100.78
104.68
108.57
112.45
116.31 101.17
105.07
108.96
112.83
116.70 101.56
105.46
109.35
113.22
117.08 101.95
105.85
109.73
113.61
117.47 102.34
106.24
110.12
114.00
117.86 102.73
106.63
110.51
114.38
118.24 103.12
107.02
110.90
114.77
118.63 103.51
107.40
111.29
115.15
119.01
50
60
70
80
90 119.40
123.24
127.08
130.90
134.71 119.78
123.63
127.46
131.28
135.09 120.17
124.01
127.84
131.66
135.47 120.55
124.39
128.22
132.04
135.85 120.94
124.78
128.61
132.42
136.23 121.32
125.16
128.99
132.80
136.61 121.71
125.54
129.37
133.18
136.99 122.09
125.93
129.75
133.57
137.37 122.47
126.31
130.13
133.95
137.75 122.86
126.69
130.52
134.33
138.13
100
110
120
130
140 138.51
142.29
146.07
149.83
153.58 138.88
142.67
146.44
150.21
153.96 139.26
143.05
146.82
150.58
154.33 139.64
143.43
147.20
150.96
154.71 140.02
143.80
147.57
151.33
155.08 140.40
144.18
147.95
151.71
155.46 140.78
144.56
148.33
152.08
155.83 141.16
144.94
148.70
152.46
156.20 141.54
145.31
149.08
152.83
156.58 141.91
145.69
149.46
153.21
156.95
电压跟随器模块
电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。
电压跟随器采用+5V和-5V双电源供电形式，为了避免系统输出Vo为负电压的情况。滑动变阻器RF1、RF2调节范围大，使测量更加准确。
测试结果：
滑动变阻器RF1调零，调节最佳增益，结果如下所示：
由图可以看出，PT100温度与电压近似呈线性关系。
温度C 10 20 30 40 50 60 70 80 90
阻值 103.9 107.7 111.6 115.5 119.4 123.2 127.0 130.9 134.7
电压V 0.702 1.211 1.834 2.358 2.837 3.295 3.701 4.133 4.7
四、实验设施 1、实验设备：测控技术与系统MCS-1。
2、电工工具：万用表、钳子、电烙铁等常用工具等。
3、电子器材：温度变送器套件。
4、电子耗材：焊锡、导线等。
五、报告人员：
组号：01组
姓名：谷金雨
姓名：李静
姓名：董丽莹
日期：2017年4月20日