CN101419098A - 智能温度隔离变送器 - Google Patents

Abstract

一种智能温度隔离变送器，应用在工业现场，是既具有温度测量又具有隔离变送功能的测量仪表。温度传感器为Pt100铂电阻，采用三线制进行测量，即恒流供电导线，补偿导线和地线，采用高电位，简称高端补偿导线的连接方法，补偿导线接在Pt100铂电阻电源端，可实现准确补偿，测量误差小。同时利用4按键进行零点满度数字校准，并利用单片机自带的闪存存储空间直接存储设定校准值，避免了零点漂移和温度漂移。

Description

智能温度隔离变送器

技术领域

本发明涉及一种既具有温度测量又具有隔离变送功能的测量仪表。

背景技术

在现代工业生产中，温度是工业现场用得最多的侍测物理量。铂电阻是测温中常用的传感器，被用来作为0-926℃温度区内的国际标准温度计。尽管温度变送器很多，但其它类型的温度变送器在一定程度上存在不足之处：

1、在测量中，连线电阻所引起的误差是不可忽视的，通常可采用三线制进行测量，但其它类型温度变送器的补偿导线通常接在低电位端，简称地端，致使补偿精度低，测量误差增大。

2、采用电位器进行零点或满度校准，由于所使用的电位器随时间和温度变化较大，使温度变送器发生了不可避免的零点漂移和温度漂移。

发明内容

本发明针对上述其它类型产品的不足提出改进方案，研制一种智能温度隔离变送器。

本发明的技术方案如下：采用三线制进行测量，即恒流供电导线，补偿导线和地线，设置有温度传感器，LED数码管，DC-DC隔离电源，DC24V电压输入，单片机，其特征在于：补偿导线接在温度传感器电源端，即高端补偿接法；采用CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给温度传感器，单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线、补偿导线相连接；利用单片机的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件，通过V/I电流电压转换，送出隔离的DC4-20mA信号；按键“SET”，“+”，“-”，“STORE”通过软件进行零点、满度校准和利用4按键进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置。

本发明的有益效果是：采用高端补偿导线的连接方法，可实现准确补偿，测量误差小。利用4按键进行零点满度数字校准，并利用C8051F350CPU自带的闪存存储空间直接存储设定校准值，避免了零点漂移和温度漂移。

附图说明

图1为智能温度隔离变送器原理框图。

图2为低端补偿接法简图。

具体实施方式

高端补偿接法测量误差小的原理为：在图1中，利用智能温度隔离变送器所采用C8051F350CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给Pt100铂电阻温度传感器，A为恒流供电导线，B为补偿导线，C为地线，补偿导线接在Pt100铂电阻电源端，即高端D点。设导线A、B、C导线的电阻为R，铂电阻的电阻为R_Pt，恒流为I，则ADO的电压为V_A1，AD1的电压为V_B1。

图1中，V_B1的电压大小，由Pt100铂电阻产生的电压和C导线电阻产生的电压之和。V_A1的电压大小则由Pt100铂电阻产生的电压、A导线电阻和C导线电阻所产生的电压之和。因此只要利用公式1，就可以方便地求出Pt100铂电阻所产生的电压V_Pt。

V_Pt＝V_B1-(V_A1-V_B1)             (公式1)

   ＝2V_B1-V_A1

   ＝2I(R_Pt+R)-(IR_Pt+R+R)

   ＝IR_Pt

图2中V_A2的电压与图1中的V_A1的电压相同，但V_B2的电压仅由C导线的电阻产生。这样，Pt100铂电阻所产生的电压V_Pt：

$V_{\mathrm{Pt}}^{\′}=V_A-{2V}_B$            (公式2)

   $=I(R+R_{\mathrm{Pt}}+R)-2\mathrm{IR}$

   $={\mathrm{IR}}_{\mathrm{Pt}}$

在理论上，图1图2的Pt100铂电阻所产生的电压V_Pt值是一样的，但实际上却存在明显的区别。原因是，无论对调理电路，还是AD转换单元，都存在死区电压问题(即不灵敏区)。若信号较小，处于不灵敏区附近，则测量必然存在误差。例如图2中的V_B2电压仅由C导线的电阻产生，由于本身导线的电阻较小，从而所产生的电压信号也较小，因此实际上很难做到完全补偿。相反，采用本发明所给的高端补偿接法，电压V_A1，V_B1中均包含了Pt100铂电阻所产生的电压，因此不存在信号较小问题，可以说完全补偿了导线电阻的影响。

本智能温度隔离变送器，采用C8051F350CPU，利用CPU本身自带的DA恒流(输出电流大小为DCO-2mA)输出转换功能，直接作为激励Pt100铂电阻的恒流信号，软件可编程的输出电流大小，可以随不同测温范围进行相应的数字调整，使Pt100铂电阻产生的满度电压信号正好符合AD采样的电压范围得到最大的采样分辨率。避免采用外围恒流电路，节省成本。

分别利用C8051F350CPU本身的两路24位AD转换通道，按照图1接线。因C8051F350CPU的AD转换通道，内部含有可变增益(PGA)放大单元，可对电压直接V_A1，V_B1进行采样，通过软件利用公式1进行数字计算。

利用C8051F350CPU的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件送出隔离的DC4-20mA信号。

如图1所示，利用4按键“SET”，“+”，“-”，“STORE”通过软件进行零点、满度校准和利用4按键进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置。

利用两位LED数码管进行分时显示温度值，也可显示恒流输出值、Pt100电阻阻值和电线电阻值。

Claims (3)

1、一种智能温度隔离变送器，采用三线制进行测量，即恒流供电导线，补偿导线和地线，设置有温度传感器，LED数码管，DC-DC隔离电源，DC24V电压输入，单片机，其特征在于：补偿导线接在温度传感器电源端，即高端补偿接法；采用CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给温度传感器，单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线、补偿导线相连接；利用单片机的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件，通过V/I电流电压转换，送出隔离的DC4-20mA信号；按键“SET”，“+”，“-”，“STORE”通过软件进行零点、满度校准和利用4按键进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置。

2、如权利要求1所述的智能温度隔离变送器，其特征在于：温度传感器为Pt100铂电阻。

3、如权利要求1所述的智能温度隔离变送器，其特征在于：所述的单片机为C8051F350CPU。

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