2025/10/28 04/14/14
温度变送器到底是个啥？
核心工作原理：它是怎么“翻译”温度的？
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信号采集：首先，得把温度“感知”到。常用的是热电偶或热电阻（如PT100）。热电偶能产生与温度相关的微小的热电动势。而热电阻（如PT100）的阻值则会随着温度变化。 - 2
信号放大与线性化：采集到的原始信号通常非常微弱，而且温度和信号大小之间的关系往往不是完美的直线（即存在非线性）。所以需要放大电路将其放大到适合处理的电平，并进行线性化处理，使得最终输出信号与温度成线性关系。早期的变送器用复杂的模拟电路（比如引入特定反馈网络）来实现硬件线性化，而现在的智能变送器则多靠微处理器（MCU）内部的软件算法来完成，更灵活也更精确。 - 3
电压/电流（V/I）转换：这是最后一步，也是至关重要的一步。经过处理的电压信号，在这里被转换成行业标准的4~20mA直流电流信号。4mA代表量程下限（比如0℃），20mA代表量程上限（比如100℃），这样即使线路断了，电流变为0，控制系统也知道出故障了，这叫“带电零位”，利于故障诊断。
拆解内部电路图：几个关键模块缺一不可
电源管理模块：这是“动力车间”。工业现场供电电压可能波动较大（比如12-36V DC），这个模块的任务就是把它稳稳地降低到比如33V或5V，给内部的“精细活儿”芯片们提供一个稳定的“工作环境”。它通常会包含防反接二极管、TVS管（用于浪涌防护）以及稳压芯片（如TL431基准源加三极管扩流，或专用的低功耗LDO）。对于两线制变送器，整个电路的静态工作电流必须非常小（通常要小于4mA），这样才能为信号输出留出足够的空间。 信号采集与调理模块：这是“原材料初加工车间”。它负责连接具体的温度传感器。 对于热电阻（如PT100），常用方法是搭建一个恒流源电路或电桥电路。比如，用一个精密的恒流源流过PT100，那么PT100两端的电压就随它的电阻（也就是温度）变化了。这个电压通常很微弱，需要后续放大。 对于热电偶，除了要放大微小的热电动势，还有个特别重要的环节——冷端补偿。因为热电偶测的是热端和冷端（接线端）的温差，要想知道热端的真实温度，必须补偿冷端的温度。通常会在接线端附近再放一个温度传感器（如铜电阻或半导体数字温度传感器）来测冷端温度，进行自动补偿。
核心处理模块（放大与线性化）：这是“精加工与质检车间”。信号放大通常由低漂移、高精密的运算放大器来完成。而线性化处理，正如前面提到的，有模拟和数字两条路径。现代智能变送器的核心是一颗低功耗微控制器（MCU），它内部的高精度ADC（模数转换器）将模拟电压信号数字化，然后MCU根据热电偶或热电阻的国际分度表进行复杂的计算和线性化校正，精度非常高。 电压/电流（V/I）转换模块：这是“产品包装与发货车间”。这个模块的任务就是把MCU计算好的、代表最终温度的数字量（通常通过DAC转为模拟电压）或直接处理好的模拟电压，一丝不差地转换成与温度成线性关系的4~20mA标准电流信号。这个电路可以用分离元件（运放、三极管、精密电阻）搭建，也可以使用集成的V/I转换器芯片（如LTS117），后者能简化设计、提高可靠性。它能确保无论线路负载如何变化，输出电流都只由输入电压决定，非常稳定。
