基尔中国 温度变送器的定义、原理与应用

一、温度变送器的定义

温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。其核心功能是将物理温度信号转换为便于远距离传输和处理的标准电信号，如4-20mA电流信号、0-5V/0-10V电压信号或RS485数字信号。

从技术角度看，温度变送器通常由两部分组成：

· 传感器部分：主要采用热电偶或热电阻作为测温元件

· 信号转换部分：包括测量单元、信号处理和转换单元，负责将传感器信号转换为标准输出信号

二、温度变送器的工作原理

1. 基本工作流程

温度变送器的工作原理可概括为以下步骤：

· 温度检测：热电偶或热电阻传感器将温度变化转换为电信号（热电势或电阻变化）

· 信号处理：通过稳压滤波、运算放大、非线性校正等电路处理

· 信号转换：经V/I转换、恒流及反向保护等电路，转换为标准输出信号

2. 核心技术环节热电偶变送器

· 将热电偶产生的热电势经冷端补偿后放大

· 通过线性化电路消除热电势与温度的非线性误差

· 转换为4-20mA电流输出信号热电阻变送器

· 将热电阻的电阻变化转换为电压信号

· 采用三线制或四线制消除引线电阻误差

· 通过非线性校正将电阻-温度关系转换为线性输出

3. 关键技术特点

· 冷端补偿：热电偶变送器必须进行冷端温度补偿，因为热电偶测量的是两点之间的温度差，而非温度

· 非线性校正：热电阻的电阻-温度关系是非线性的，变送器内部电路进行线性化处理，使输出信号与温度成线性关系

· 隔离技术：输入-输出-电源之间电磁隔离，提高抗干扰能力和系统稳定性

三、温度变送器的主要类型

1. 按测温元件分类

· 热电偶变送器：适用于高温测量（-200℃～1800℃），如K、E、B型热电偶

· 热电阻变送器：适用于中低温测量（-200℃～850℃），如PT100、PT1000、Cu50、Cu100等

2. 按供电接线方式分类

· 两线制：最常用，电源与信号共用一对导线，传输距离远，安装成本低

· 三线制/四线制：用于高精度测量，消除引线电阻影响

3. 按功能与智能化程度分类

· 普通型：基本信号转换功能

· 数显型：带LCD或LED显示，可现场显示温度值

· 智能型：支持HART、Modbus等通信协议，可远程组态、校准和监控

四、温度变送器的应用

1. 主要应用领域

· 石油化工：监测反应器、储罐、管道温度，确保安全生产

· 电力行业：监测发电机、变压器等设备温度，防止过热故障

· 冶金行业：控制炼钢炉、轧机等高温设备的温度

· 食品医药：精确控制灭菌柜、冷藏库、发酵罐等设备温度

· 暖通空调：实现室内温度的自动调节与控制

2. 应用优势

· 远距离传输：4-20mA信号适合长距离传输，抗干扰能力强

· 节省成本：两线制设计无需专用补偿导线，降低安装费用

· 提高精度：内置冷端补偿和非线性校正功能，提高测量准确性

· 便于集成：标准化输出信号易于与DCS/PLC等控制系统集成

3. 典型应用场景

· 工业过程控制：如反应釜PID闭环温度控制

· 能源管理：锅炉管道温度监测以优化能效

· 环境试验：高低温箱极端环境温度支持

· GMP车间：食品医药行业远程校准与数据追溯

五、温度变送器的发展趋势

1. 智能化

· 支持HART、Modbus、Profibus等通信协议，实现设备联网

· 内置自诊断功能，可自动切换安全输出

· 通过手持设备或PC远程调控参数，简化现场调试

2. 高精度与高可靠性

· 测量精度不断提高，可达±0.1℃甚至更高

· 采用优质材料（如316L不锈钢）提高耐腐蚀性

· 改进的封装工艺（如环氧树脂浇注）增强环境适应性

3. 多功能集成

· 集成温度测量、显示、报警、通信等多种功能

· 支持多种传感器输入（热电偶、热电阻、热敏电阻等）

· 提供多种输出方式（4-20mA、0-5V、RS485等）

4. 小型化与模块化

· 体积不断缩小（如95×37×32mm）

· 模块化设计便于安装和维护

· 标准导轨（DIN 35mm）安装方式普及

温度变送器作为工业自动化领域的关键设备，正随着物联网、大数据等技术的发展而不断演进，未来将更加智能化、集成化，为工业过程提供可靠的温度测量与控制解决方案。