2025/10/28 04/14/15
先看看原理图的“家庭成员”
测温元件：这是冲在最前面的“哨兵”，主要负责感受温度变化。常见的有两类： 热电阻：比如Pt100，它的特性是电阻值会随着温度变化（通常是温度升高，电阻值也增大）。它好比一个“电阻温度计”。 热电偶：当两种不同的金属导体两端温度不同时，会产生一个微小的电动势（热电势），这个电势大小和两端的温差有关。它就像一个“发电式温度计”。
输入回路：这是信号的“第一道接待站”。它负责处理测温元件送来的原始信号，比如对于热电偶，要进行冷端温度补偿（因为热电偶测的是相对于接线端，即“冷端”的温差，所以需要补偿冷端温度变化带来的影响）；对于热电阻，要处理引线电阻带来的误差等。它把不同的信号转换成后续电路能统一处理的电压信号Ui。 放大电路：测温元件产生的原始信号通常非常微弱（尤其是热电偶的毫伏级信号），直接处理很容易被噪声淹没。放大电路就是个“超级助听器”，把微弱的信号进行放大。 线性化电路：这是个“聪明”的校正官。因为很多测温元件（特别是热电偶）的输出和温度之间并不是完美的直线关系（即非线性）。线性化电路的作用就是进行补偿校正，让最终输出的信号和温度成线性关系，这样仪表显示或控制系统处理起来就方便准确多了。 V/I转换电路：这是“翻译”的最后一关，也是关键一步。它把经过放大、线性化处理后的电压信号，转换成工业上标准统一的4-20mA直流电流信号输出。为啥是4mA起步而不是0mA？这有个巧思：4mA代表“零点”或测量起点，同时为变送器自身提供静态工作电流（这叫“活零”点），而20mA代表满量程。这样，如果线路断开了，电流变成0，控制系统就知道出故障了，能实现断线故障诊断。 负反馈回路：这是保证整个系统稳定和精准的“定海神针”。它从输出信号中取一部分反馈回来与输入信号进行比较。如果输出有偏差，反馈信号就能让系统自动调整，确保输出严格跟着输入走，减少放大器自身非线性等因素带来的误差，使得变送器的精度和稳定性大大提高。
信号之旅：从温度到电流
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信号感知：热电偶感受到温度，产生一个对应的热电势（毫伏级信号）。这个信号包含了温度信息，但也需要冷端补偿来修正。 - 2
信号初步处理：这个热电势信号进入输入回路。输入回路会进行冷端补偿，并可能进行零点迁移等操作，输出一个统一的直流电压信号Ui。 - 3
信号放大与调制：Ui这个信号通常很弱，而且变化缓慢（直流信号），直接放大容易产生“零点漂移”（就是零点自己会动，导致不准）。于是，自激振荡调制放大器登场了！它先把缓慢的直流信号“调制”成交流信号，然后用交流放大器放大（交流放大不存在零点漂移问题），再解调回放大了的直流信号。是不是有点像为了长途运输把货物先装上卡车（调制），运到地方再卸下来（解调）？ - 4
线性化校正：放大后的信号进入线性化电路。这里会用一些方法（比如多段折线逼近法）来修正热电偶固有的非线性，确保信号和温度是良好的直线关系。 - 5
电流转换：校正好的电压信号送到V/I转换电路，变成标准的4-20mA电流信号。例如，量程0-1000℃，现在500℃时，输出电流应该是12mA。 - 6
负反馈稳局：在整个过程中，负反馈回路都在默默工作，它确保输出电流I0只由输入信号和反馈网络决定，不受放大器性能波动的影响，从而保证了变送器的整体线性度和稳定性。
核心电路探秘
为啥爱用“两线制”？ 两线制设计（电源和信号共用两根线）在工业上特别受欢迎。你看，它只需要接两根线，既供电又传信号，大大节省了布线成本和复杂度，尤其适合远距离传输。而且电流信号抗干扰能力天生就比电压信号强，在嘈杂的工业环境里更可靠。输出4-20mA电流信号，零点对应4mA也便于判断线路是否故障。 “自激振荡调制放大器”是啥黑科技？ 刚才说了，它主要是为了克服直流放大器的“零点漂移”难题。它的巧妙之处在于，自己产生振荡，把自己要放大的直流信号先调制成交流，放大后再还原回来。这样既放大了信号，又避开了直接放大直流信号的痛点，保证了变送器的长期稳定性。 安全防护电路不可少 一份成熟的原理图肯定会考虑各种异常情况。比如，热电偶断了怎么办？很多变送器设计了断偶保护电路，一旦检测到热电偶断线，它会输出一个超出量程的信号（比如大于20mA，如28mA），这样控制系统就能立刻知道测温出问题了，及时保护设备或停止相关操作，避免事故。还有反接保护、限流保护等，防止电源接反或过流损坏变送器。
