CN107607251B - 一种具有双量程的差压或压力变送器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双量程的差压或压力变送器，包括差压或压力传感器组件、通用变送器信号处理电路、量程切换及附属电路和外接控制器。在通用变送器电路内增加一个量程切换及附属电路，安装在现场变送器内，配合变送器信号处理电路工作，外接控制器根据测量结果发出控制信号，驱动量程切换电路动作，使变送器按设定的量程输出对应的检测信号，从而使单台变送器实现常规设计采用的高量程段和低量程段二台变送器进行测量的功能，替代了常规采用两台变送器测量的方案，具有低成本，安装便利的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量设备，特别涉及一种具有双量程的差压或压力变送器。
背景技术
差压/压力变送器是工业过程控制中最常用的一种现场压力检测仪表，它以其技术成熟、稳定可靠等优点广泛应用于我国国民经济的各个领域。但是当这种变送器在需要对一些差压、液位等大幅度变化的参数进行测量时，使用一种量程覆盖的变送器其低压段的信号就很难精确测出。常规设计配合孔板进行流量测量中，经常使用小信号（低差压段输出信号）切除的办法，但切除部分的流量则无法测出，难以提高控制精度。尤其在船舶,电力等某些较重要的应用场合，为了解决这个问题，常规系统设计采用高量程和低量程两台变送器测量方案解决，但此种方法无疑增加了成本还带来了安装的不便。
发明内容
本发明是针对在船舶、石化等某些流量测量的应用场合,所使用的模拟差压变送器存在低差压段测量精度不足的问题，提出了一种具有双量程的差压或压力变送器，保证了单台变送器在高量程段和低量程段都能实现精确测量。
本发明的技术方案为：一种具有双量程的差压或压力变送器，包括差压或压力传感器组件、通用变送器信号处理电路、量程切换及附属电路及外接控制器，在通用变送器电路内增加一个量程切换及附属电路，安装在现场变送器内，量程切换及附属电路包括高量程段设置电路和低量程段设置电路，差压或压力传感器组件将被测差压或压力信号转换成电压信号送通用变送器信号处理电路，通用变送器信号处理电路将信号转换为标准4-20mA电流信号输出到控制器，控制器对信号处理后输出驱动信号到量程切换及附属电路中的高量程段设置电路或低量程段设置电路，导通高量程段设置电路或低量程段设置电路与通用变送器信号处理电路的连通回路，使通用变送器信号处理电路工作在高量程段转换或低量程段转换，实现高量程段和低量程段精确测量。
所述量程切换及附属电路包括继电器JI和J2、双向抑制二极管DW1和DW2、低量程段的零点调节电位器W3与电阻器R3、高量程段的零点调节电位器W4与电阻器R4、高量程段的量程调节电位器W2与电阻器R2、低量程段的量程调节电位器W1与电阻器R1、电路低量程工作指示灯D1、限流电阻R5、晶体三极管Q1、Q1的偏置电阻R6和R7及光耦管Q3；
低量程段的量程调节电位器W1的2脚通过电阻器R1接继电器JI常开触点两端，高量程段的量程调节电位器W2的2脚通过电阻器R2接继电器JI常闭触点两端，高量程段的量程调节电位器W1的1、3脚和低量程段的量程调节电位器W2的1、3脚连接一起接通用变送器信号处理电路；
低量程段的零点调节电位器W3的2脚及W3的3脚通过电阻器R3接继电器J2常开触点两端，高量程段的零点调节电位器W4的2脚及W4的3脚通过电阻器R4接继电器J2常闭触点两端，低量程段的零点调节电位器W3的1脚和高量程段的零点调节电位器W4的1脚连接一起接通用变送器信号处理电路；
继电器J1的线圈脚连接双向稳压管DW1两端，继电器J2的线圈脚连接双向稳压管DW2两端，双向稳压管DW1和双向稳压管DW2串联通过晶体三极管Q1接控制器中24V直流电源正负极，晶体三极管Q1基极通过Q3光耦管连接控制器输出的控制信号out+与out-，电路低量程工作指示灯D1的正极通过限流电阻R5连接晶体三极管Q1的发射极， D1的负极与控制器中24V 直流电源的负极相连，当控制器KZ1输出驱动信号时，继电器JI与J2常开触点同时闭合，发光二极管D1点亮，显示处于低量程段工作状态。
本发明的有益效果在于：本发明具有双量程的差压或压力变送器，采用独特的电路设计，使一台变送器在控制器作用下可以工作在两个不同的量程段，替代了原有采用两台变送器测量的方案，可以简化过程控制系统设计，具有低成本，安装便利的特点。同时，还保证了高量程段和低量程段信号的测量精度，为实际的应用克服了技术难题。
附图说明
图1为本发明双量程差压或压力变送器原理框图；
图2为本发明双量程差压或压力变送器电路示意图。
具体实施方式
如图1所示双量程差压或压力变送器原理框图，本发明双量程差压或压力变送器，包括差压或压力传感器组件1、通用变送器信号处理电路2、量程切换及附属电路3及外接控制器4。量程切换及附属电路3包括高量程段设置电路和低量程段设置电路，差压/压力传感器组件1将被测差压或压力信号转换成电压信号送通用变送器信号处理电路2，通用变送器信号处理电路2将信号转换为标准4-20mA 电流信号输出到控制器4，控制器4对信号处理后输出驱动信号到量程切换及附属电路中的高量程段设置电路或低量程段设置电路，导通高量程段设置电路或低量程段设置电路与通用变送器信号处理电路2的连通回路，使通用变送器信号处理电路2工作在高量程段转换或低量程段转换，实现高量程段和低量程段精确测量。
如图2所示双量程差压或压力变送器电路示意图，所述差压或压力传感器组件1,可以采用任何一种具有压力/电压转换功能的传感器Y1，例如用于压力测量的扩散硅压阻式、用于差压测量的差动扩散硅压阻式、差动电容式等。
所述通用变送器信号处理电路2,包括信号处理芯片U1、非线性校正电位器W5、跳线JP1、JP2、晶体三极管Q2、滤波电容器C1、C2、C3及DC/DC直流转换器B1。
所述的量程切换及附属电路3，包括带一副常开常闭触点的继电器（JI、J2）、双向抑制二极管（DW1、DW2）、低量程段的零点调节电位器与电阻器（W3、R3）、高量程段的零点调节电位器与电阻器（W4、R4）、高量程段的量程调节电位器与电阻器（W2、R2）、低量程段的量程调节电位器与电阻器（W1、R1）、电路低量程工作指示灯D1、限流电阻R5、晶体三极管Q1、偏置电阻（R6、R7）、光耦管（Q3）。
所述的控制器4选用内置有24V直流电源和信号处理组件的KZ1控制器。
差压/压力传感器组件Y1将被测差压或压力信号转换成电压信号，分别接入信号处理芯片U1的5脚与2脚（本实施例中采用XTR-106传感器调理专用芯片，可以直接将电压信号转换成4-20mA 电流信号输出），U1的1脚连接电位器W5 的2脚，U1的11脚连接电位器W5的1脚与3脚，用于非线性校正，在U1的12脚与U1的1、6脚之间分别连接选择跳线JP1、JP2，用于根据传感器的非线性特性选择正向或负向补偿，晶体三极管Q2的发射极连接U1的8脚，Q2的基极连接U1的9脚，Q2的集电极连接U1的10脚，Q2用于信号处理芯片U1的温度补偿，电容器 C1、C2一端分别连接传感器组件Y1的V+ 与V-信号输出端，另一端共同连接信号处理芯片U1的6脚，用于滤除传感器输出的干扰信号，电容器C3连接信号处理芯片U1工作电源两端，为电源退耦电容器，提高作为变送器的信号处理芯片U1抗干扰性能，B1为DC/DC直流转换器，其1、2脚分别与KZ1控制器输出的24V 直流电源V+与V-连接，B1的3脚串联250Ω负载电阻与信号处理芯片U1的电源正极输入端10脚相连，B1的4脚可串联4-20mA显示仪表与信号处理芯片U1的电源负极输入端7脚相连，采用B1 DC/DC直流转换器，可使变送器具备与系统隔离的工作电源，增强其抗干扰能力。
低量程段量程调整电位器W1的2脚连接电阻R1的一端，R1的另一端与继电器JI的常开触点8、9脚连接，电位器W1的1脚与3脚连接后与信号处理芯片U1的3脚连接，高量程段量程调整电位器W2的2脚连接电阻R2的一端，R2的另一端与继电器JI的常闭触点6、11脚连接，电位器W2的1脚与3脚连接后同时与信号处理芯片U1的3脚连接，信号处理芯片U1的4脚与继电器JI的两组共用触点4、13脚连接，在继电器JI未上电状态，高量程段电位器W2串联电阻R2工作，用于调整变送器高量程段的量程，当继电器JI处于上电状态，则低量程段电位器W1串联电阻R1工作，用于调整变送器低量程段的量程，由此通过控制继电器JI的开闭，就可以实现高低两种不同量程的量程的设置。
低量程段零点调整电位器W3的2脚与继电器J2的常开触点8脚连接，电位器W3的3脚连接电阻R3的一端，R3的另一端与继电器J2的常开触点9脚连接，电位器W3的1脚与信号处理芯片U1的6脚连接，高量程段零点调整电位器W4的2脚与继电器J2的常闭触点6脚连接，电位器W4的3脚连接电阻R4的一端，R4的另一端与继电器J2的常闭触点11脚连接，电位器W4的1脚同时与信号处理芯片U1的6脚连接，信号处理芯片U1的14脚与继电器J2的一组共用触点4脚连接，信号处理芯片U1的2脚与继电器J2的另一组共用触点13脚连接，在继电器J2未上电状态，高量程段电位器W4和与其3脚串联电阻R4工作，用于调整变送器高量程段的零点，当继电器J2处于上电状态，则低量程段电位器W3与其3脚串联电阻R3工作，用于调整变送器低量程段的零点，由此通过控制继电器J2的开闭，就可以实现变送器高低两种不同量程的零点设置。
继电器J1的1、16线圈脚连接双向稳压管DW1（TVS管）两端，继电器J2的1、16线圈脚连接双向稳压管DW2（TVS管）两端，TVS管用于防止继电器线圈电路开闭时产生的电动势造成对电路元器件的损伤和脉冲干扰，J1的16脚连接控制器输出的24V 电源的负极，继电器J1的1脚连接继电器J2的16脚，继电器J2的1脚连接晶体三极管Q1的发射极，Q1的集电极连接控制器输出的24V 直流电源的正极，Q1的基极连接下偏置电阻R6的一端，下偏置电阻R6的另一端与24V 直流电源的负极连接，Q1的基极还连接上偏置电阻R7的一端，上偏置电阻R7的另一端与Q3光耦管的发射极相连接，Q3光耦管的集电极与控制器输出的24V直流 电源的正极相连接，Q3光耦管的驱动正负极分别连接控制器输出的控制信号out+与out-，发光二极管D1的正极与限流电阻R5的一端相连接，R5的一端连接晶体三极管Q1的发射极，发光二极管D1的负极与24V 直流电源的负极相连，当控制器KZ1向光耦管Q3输入驱动信号时，光耦管Q3的发射极与集电极就会导通，晶体三极管Q1基极通过上偏置电阻R7灌入可使晶体三极管Q1饱和导通的基极电流，使继电器JI与J2常开开关同时闭合，同时发光二极管D1点亮，显示变送器处于低量程段工作状态。
控制器KZ1通过采集变送器输出的4-20mA电流信号在负载电阻250Ω产生1-5V电压信号，经信号处理组件判别被测信号的状态，输出适用的驱动信号控制双量程变送器的工作状态，在本发明中，晶体三极管Q1不导通，继电器J1、J2没上电为默认状态，变送器工作在高量程段，当采集电流在4-20mA范围内小于某设定值时，控制器KZ1的信号处理组件动作，输出驱动信号至Q3光耦管使晶体三极管Q1饱和导通，继电器J1、J2取得工作电流，将其触点切换到低量程端段工作，相反，当变送器工作在低量程段，当采集电流在4-20mA内大于某设定电流时，控制器KZ1的信号处理组件再次动作，断开光耦管Q3驱动信号，使晶体三极管Q1截止，继电器J1、J2常开开关断开工作电流，使其触点切换到高量程端段工作。
Claims (1)
1.一种具有双量程的差压或压力变送器，其特征在于，包括差压或压力传感器组件、通用变送器信号处理电路、量程切换及附属电路及外接控制器，在通用变送器电路内增加一个量程切换及附属电路，安装在现场变送器内，量程切换及附属电路包括高量程段设置电路和低量程段设置电路，差压或压力传感器组件将被测差压或压力信号转换成电压信号送通用变送器信号处理电路，通用变送器信号处理电路将信号转换为标准4-20mA电流信号输出到控制器，控制器对信号处理后输出驱动信号到量程切换及附属电路中的高量程段设置电路或低量程段设置电路，导通高量程段设置电路或低量程段设置电路与通用变送器信号处理电路的连通回路，使通用变送器信号处理电路工作在高量程段转换或低量程段转换，实现高量程段和低量程段精确测量；
所述通用变送器信号处理电路包括信号处理芯片U1、非线性校正电位器W5、跳线JP1、JP2、晶体三极管Q2、滤波电容器C1、C2、C3及DC/DC直流转换器B1；所述量程切换及附属电路包括继电器JI和J2、双向抑制二极管DW1和DW2、低量程段的零点调节电位器W3与电阻器R3、高量程段的零点调节电位器W4与电阻器R4、高量程段的量程调节电位器W2与电阻器R2、低量程段的量程调节电位器W1与电阻器R1、电路低量程工作指示灯D1、限流电阻R5、晶体三极管Q1、Q1的偏置电阻R6和R7及光耦管Q3；
低量程段的量程调节电位器W1的2脚通过电阻器R1接继电器JI常开触点两端，高量程段的量程调节电位器W2的2脚通过电阻器R2接继电器JI常闭触点两端，高量程段的量程调节电位器W1的1、3脚和低量程段的量程调节电位器W2的1、3脚连接一起接通用变送器信号处理电路；
低量程段的零点调节电位器W3的2脚及W3的3脚通过电阻器R3接继电器J2常开触点两端，高量程段的零点调节电位器W4的2脚及W4的3脚通过电阻器R4接继电器J2常闭触点两端，低量程段的零点调节电位器W3的1脚和高量程段的零点调节电位器W4的1脚连接一起接通用变送器信号处理电路；
继电器J1的线圈脚连接双向稳压管DW1两端，继电器J2的线圈脚连接双向稳压管DW2两端，双向稳压管DW1和双向稳压管DW2串联通过晶体三极管Q1接控制器中24V直流电源正负极，晶体三极管Q1基极通过Q3光耦管连接控制器输出的控制信号out+与out-，电路低量程工作指示灯D1的正极通过限流电阻R5连接晶体三极管Q1的发射极，D1的负极与控制器中24V直流电源的负极相连，当控制器KZ1输出驱动信号时，继电器JI与J2常开触点同时闭合，发光二极管D1点亮，显示处于低量程段工作状态。
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