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智能变送器的电路结构以及论述其背景和意义
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智能变送器的电路结构以及论述其背景和意义

时间:2017-10-18

  摘要:智能变送器是由传感器和微处理器组成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力,可对传感器的数据进行处理。本文论述智能变送器的背景和意义,介绍了智能变送器的电路结构。OXk压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
1.1变送器
        在现代测控系统中,变送器是必不可少的检侧仪器。变送器的功能是将被检测的工业过程变量(如温度,压力,流量,液位等)转换成标准信号传送给其他单元进行显示、控制。传统的变送器是模拟变送器,转换结果以模拟量形式输出。变送器的输出特性近似为恒流源特性,输出4_20mA的电流信号.其中有4mA电流是为变送器提供的功耗电流,另外0—16rnA,是代表被测工业过程变量的大小。这4—20nA的电流由电源提供,在负级上产生压降,检测负载上的压降就可以知道电流的大小,从而得到当前被测工业过程变量的大小。
 
        当前,变送器的发展趋势是多功能化、微型化与智能化,日益趋于与单片机相结合构成自动检测系统。单片机对数据具有很强的处理能力,但它对非电量或模拟信号是无能为力的。变送器把非电工业过程变成电量,经过放大处理后,再转换成数字输入单片机,由单片机对信号进行分析处理,进而发出各种命令,由执行机构产生相应的动作田曰。
 
1.2智能变送器概述
        所谓智能变送器是传感器技术与微电子技术相结合的产物。它是当代自动化仪表的主要组成部分,也是当今变送器的发展方向。它是把变送器的拾取信息功能和单片机的信息处理功能结合在一起的变送器。智能变送器是将被测量信号转换成电信号,记忆并存储所需数据,然后对这些数据进行解析和作统计处理,再变换成需要的数据形式输出,得到有用的信息。
 
        由于单片机具有计算与判断功能,故可以把需要修正的修正量保存在单片机系统的EPROM中,使得变送器的线性化问题能较容易地实现。此外,还可以进行精度补偿以提高测量精度,也可以对产生的漂移进行修正,还可以用跟踪滤波法去除噪声,提高信噪比以谋求可靠性的提高盹。美国HONEYWELL公司生产的ST一3000型智能化变送器就是典型的代表。它是带微处理器的兼有压力测量和信息处理功能的变送器。同时可测差压、静压和温度三个参数。在每个变送器芯片上都同时具有专用的EPROM,用以存储本变送器进行补偿的数据。这种变送器的量程极宽,量程比可达400:1,精度高达‰F.s.,稳定性好,可远距离设定和调整量程。变送器还具有自动诊断和自动选择合适量程的功能。虽然这种芯片的价格还很高昂,但可以看到,智能变送器是变送器技术发展的必然趋势。
 
1.3智能变送器的功能及特点
        智能变送器不仅具有普通变送器的功能,它自身还能消除传感器引起的异常值和例外值,它还具有数据处理功能,能自动校正和自动补偿,具有记忆能力,并且能与其它变送器联接,并能适应环境条件变化,具有判断功能。智能变送器的输出量数字化,很方便人机通信,不开盖就能对变送器进行调整,方便、安全。智能变送器与一般变送器相比,智能变送器具有精度高,自诊断功能强,多功能,高量程比,选距离设定、调整、维修,性能价格比高等特点。
 
1.4现场总线概述
        现场总线一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、多节点的通信技术。现场总线是一种i厂非常低层的网络,是用于现场设备和中央控制室中控制设备间的一种全数字化、多变量、双向,多站的系统。用数字信号取代4_20mA模拟电流信号进行通信,使设备增加非控制信息成为可能:一些基本过程控制在现场就能完成,使现场的管理与控制相统一。
 
1.5变送器的电路结构
        变送器的真双线工作模式是指变送器与远端的供电电源之间只有一条双线电缆相连,电源通过这条双线电缆向变送器供电,同时变送器也通过这条电缆输出模拟信号:源是由远端的26V直流电压源提供的,到了变送器内部需要转变成正负如果变送器要输出数字信号,则数字信号叠加在模拟信号上,也通过这条双线电缆输出。
 
        整个变送器系统的电5V的双极性电压供给变送器内部的芯片使用;另一方面,还要保证变送器系统内部消耗的功率不多不少必须是4mA,这样才能保证从变送器引出的双芯电缆上传递的模拟电流信号能正确代表当前的被测工业过程变量的大小。电路如图11-1所示:
 
        由于在变送器的模拟/数字转换环节采用了运算放大器LM324,因此需要在变送器内部提供正负5V的电压和地信号作为其电压源。在本设计中采用集成稳压电源8069来实现这一要求。集成稳压电源8069可以在50个微安电流下实现稳压,稳压值为1.2V。利用这一特性,可用4个8069作为一组构建5v的电压信号。
 
        如图1-1所示,将8个集成稳压电源8069分为两组串联起来,这样,这两组8069被反向击穿之后,都将电压嵌位于4.8V(近似于5v)。那么,如果将两组8069中点的电位视为零电位(即地)则在第一组集成稳压电源的顶端就得到了正5V的电压信号,而在第二组集成稳压电源的末端就得到了负5V的电压信号。用这三个点的电位就可以为变送器内部的芯片提供所需的正负5V电压源。
 
        另外,主要是利用恒压源为变送器系统内部提供了稳定的电压电源的特点,对整个变送器系统的功耗进行补偿,使整个变送器系统的功耗恒定为4mA。利用恒流源将变送器系统的总功耗电流限制为4mA的特点,当被测工业过程变量变化时,变送器输出的代表被测工业过程变量的电流就改变,从而在负载上产生的压降也跟着改变,这样,加在直流源两端的电压就可以随之改变,对变化的压降进行补偿,保证变送器内部有稳定的正负5V电压电源。
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