热电偶温度变送器的放大电路
由于热电偶的电动势数值很小，一般只有十几毫伏或几十毫伏，因此将它变换为高电平输出必须经过多级放大。考虑到热电动势是直流信号，变送器中的放大器必须是高增益和低漂移的直流放大器。其电压增益一般约需104一105倍，零点漂移必须小于几微伏或几十微伏。变送器的量程愈小，对自身的零点漂移要求愈严格。例如，对一个满量程为3mV的温差变送器，如果自身的零点漂移超过10μV，那么仅这一项误差就超过0.3%，再考虑其他因素，这样的变送器就很难达到0.5级的精度。
除了对增益和零点漂移的要求以外，温度变送器中的放大器还必须具有较强的抗干扰能力，特别是抗共模干扰的能力。因为测量元件和传输线上经常会受到各种电磁干扰，例如，用热电偶测量电炉温度时，热偶丝可能与电热丝靠得很近;在800℃以上的高温下，耐火砖及热电偶瓷套管的绝缘电阻会降得很低。这样，电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄漏，使热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压，这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压称为共模干扰或纵向干扰。除了这种干扰形式外，在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰。由于这种干扰表现为两根信号线之间的电压差，所以也称为线间干扰或横向干扰。
关于差模干扰，由于在一般实验室仪器及电子线路的调试中都会碰到，人们对它是比较熟悉和重视的。它常常导致放大器饱和、灵敏度下降、零点偏移，甚至使放大器不能正常工作。但在温度变送器中，考虑到热电偶信号的变化很慢，可以从频率上把测量信号与干扰区别开来，或者在变送器的输人端用滤波器等加以抑制。
对控制仪表来说，具有特殊性的是，它常受到幅度很大的共模干扰的作用，这一点往往被人们所忽视。其实共模干扰在一定的条件下很容易转化为差模干扰，同样会影响仪表的正常工作。例如，图1-11(a)中，作用在热电偶上的共模干扰e cm经两根传输线送到变送器输人端时，由于线路阻抗Z1、Z2与变送器输入阻抗Z3、Z4的分压作用，将在A、B两点间形成如下的差模干扰电压：
由此可知，要使共模干扰不转化为差模干扰，必须使阻抗Z1、Z2、Z3、Z4组成的电桥平衡，即必须满足Z1:Z3=Z2:Z4。这样的条件并不容易实现，因为这些阻抗值都是随使用条件变化的参数，例如，线路阻抗Z1、Z2除随传输线长短变化外，由于包含冷端温度补偿电路和零点迁移电路等，常随使用状况而变化。再考虑到共模干扰的频谱很宽(从直流到极高的高频)，上述的桥路平衡条件不可能在所有的频率上完全满足。
抑制共模干扰的一个有效办法是把仪表浮空，也就是把变送器内的零线和大地绝缘。采取这种措施后的仪表等效电路如图1-11(b)所示。图中Z5表示变送器零线与大地之间的绝缘阻抗。显然，如果Z5→∞，那么共模干扰电压e cm在阻抗Z3、Z4上的分压都趋于零，两者之间的压差UAB必为零，可以有效地抑制共模干扰向差模干扰的转化。图1一12所示的方框图就是按这种思想设计的一种变送器方案。考虑到作为变送器负载的调节器、记录仪等常需要接地，图中变送器用隔离变压器分为互相绝缘的前后两部分，其中输人及放大电路部分与检测元件相连，但对地浮空;另一部分检波输出电路与负载相连，可根据需要接地或不接地。工作时，热电动势直流信号先经放大电路放大，然后由变流器变换成交流方波，经输出变压器To以磁通耦合方式传递给检波输出电路。同样，电源和输出电流反馈也分别通过变压器Ts和T f送给放大电路。这样，只要这些隔离变压器的绝缘电阻足够大，同时使通过变压器的信号调制频率足够高，那么，变压器绕组之间以及绕组对地的分布电容就可以做得比较小(在DDZ-Ⅲ型温度变送器中电源和信号调制频率都在10—20kHz左右)，因而对直流或50Hz干扰来说，可以认为浮空是相当彻底的，能有效地抑制这一频段的共模干扰向差模干扰的转化。
