扩散硅式差压变送器和温度传感器

扩散硅式差压变送器也是无杠杆的变送器。它采用硅杯压阻传感器为敏感元件，同样具 有体积小、质量轻、结构简单和稳定性好的优点，精度也较高。

变送器包括测量部件和放大转换电路两部分。

(一）测量部件

测量部件如图2-29所示。

敏感元件是由两片研磨后胶合成 杯状的硅片组成，即图中的硅杯。它既是弹性元件，又是检测 元件。当硅杯受压时，压阻效应使其上的扩散电阻（应变电 阻）阻值发生变化。从而使由这些电阻组成的电桥产生不平衡 电压。

硅杯两面浸在硅油中，硅油和被测介质之间用金属隔离膜 片分开。硅杯上各应变电阻通过金属丝连到印刷电路板上，再 穿过玻璃密封部分引出。当被测差压输入到测量室内作用于隔 离膜片上时’，膜片将驱使硅油移动，并把压力传递给硅杯压阻 传感器，于是传感器上的不平衡电桥就有电压信号输出至 放大器。

值得注意的是，上述应变电阻并不是用应变电阻丝或元件粘贴在弹性膜片上构成的，而 是采用集成电路技术，直接在单晶硅片上用扩散、掺杂、掩膜等工艺制成。采用这种工艺有 如下优点。

①单晶硅片既是制作应变电阻的基片，又是承受差压的弹性元件。两者结合，省去粘 贴工艺，不但便于生产，而且特性比较一致。

②只要沿硅片晶轴不同方向上布置电阻，在差压作用下，便可得到电阻增大、减小或 者不变的效果，前两类用在桥臂中，后一类用在温度补偿电路中。

③同一硅片上的各个电阻，以及同一批产品之间，阻值和温度系数比较接近，便于大 量生产。

④这种工艺便于制造尺寸小的敏感元件。而且控制掺杂的浓度，易于改变敏感元件的 灵敏度、线性、温度系数等特性。

(二）放大转换电路

放大转换电路由传感器供电电路、前置放大器和电压/电流转换电路组成，其电路原理 如图2-30所示。

1. 传感器供电电路

该电路为传感器（图2-30虚线框内的桥路）提供恒定的桥路工作电流，它由运算放大 器IQ、稳压管VZ,及一些电阻构成。传感器置于IQ的反馈回路之中，其工作电流的大小 取决于VZi的稳压值和恥的阻值。

2. 前置放大器

该放大器起电压放大作用，它是一个由运算放大器IC2、IC3组成的高输人阻抗差动放 大电路，传感器的输出电压加在IC2、IC3的同相输入端，IC2、IC3的两个输出端之间的电 压送至下一级。前置放大器的电压放大倍数可通过电位器W】调整。

3. 电压/电流转换电路

该电路的作用是把前置放大器的输出电压转换成4〜20mA的直流输出电流。它由运算 放大器IQ和晶体管VT!、VT2组成。VT2起电流放大作用，则有输出限幅的功能。 当输出电流在拓3上所产生的压降使VT!饱和导通时，输出电压不再增加而保持恒定。

图2-30中，晶体管VT3、稳压管VZ2和电阻兄4、尺15组成稳压电路，用以对运算放大 器和VZi供电。VD,为防止电源反接的保护二极管。

温度变送器与各种热电偶或热电阻配合使用，将温度信号转换成统一标准信号，作为指 示、记录仪和控制器等的输入信号，以实现对温度参数的显示、记录或自动控制。

温度变送器还可以作为直流毫伏转换器来使用，以将其他能够转换成直流毫伏信号的工 艺参数也变成相应的统一标准信号。

温度变送器有两线制和四线制之分，各类变送器又有三个品种，即直流毫伏变送器、热 电偶温度变送器和热电阻温度变送器。前一种是将输入的直流毫伏信号转换成4〜20mA直 流电流和1〜5V直流电压的统一输出信号。后两种则分别与热电偶和热电阻相配合，将温 度信号转换成统一输出信号。

本节着重讨论四线制温度变送器，对两线制温度变送器作一般介绍。

_、四线制温度变送器 (一）概述

四线制温度变送器具有如下特点。

①在热电偶和热电阻温度变送器中采用了线性化电路，从而使变送器的输出信号和被测温度呈线性关系，便于指示和记录。

②变送器的输人、输出之间具有隔离变压器，并采取了安全火花防爆措施，故具有良 好的抗干扰性能，且能测量来自危险场所的直流毫伏或温度信号。

变送器总体结构如图2-31所示。三种变送器在线路结构上都分为量程单元和放大单元 两个部分，它们分别设置在两块印制电路板上，用接插件互相连接。其中放大单元是通用 的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。

方框图中，空心箭头表示供电回路，实线箭头表示信号回路。毫伏输入信号G或由测 温元件送来的反映温度大小的输人信号&与桥路部分的输出信号及反馈信号⑶相叠 力口，送入集成运算放大器。放大了的电压信号再由功率放大器和隔离输出电路转换成统一的 4〜20tnA直流电流I。和1〜5V直流电压U。输出。

变送器的主要性能指标：基本误差为±0.5%;环境温度每变化25°C附加误差不超过 ±0.5%;负载电阻在0〜loon范围内变化时’附加误差不超过±0. 5%。