CN110887597A - 一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表，包括：主机模块、控制器模块和变送器模块；主机模块包括依次连接的50uA差压传感器、A/D转换器和50uA单片机；50uA单片机将差压信号进行线性化、温度补偿等处理，输出到变送器模块，将电压信号变成电流信号，信号远传到DCS或PLC；同理，50uA单片机输出逻辑信号到控制器模块，控制IGBT输出开关信号远传到DCS或PLC；本发明的核心技术是把仪表系统微功耗化，实现了模拟量和开关量的两线制，不用提供单独外部电源，直接通过两线制信号回路为仪表系统供电，保证仪表的工作。

Description

一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表

技术领域

本发明涉及差压检测技术领域，特别是涉及一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表。

背景技术

长期以来机械式差压控制器精度差，卡涩、漂移时有发生，引起各种设备保护的误动、拒动，导致事故的发生和设备损坏。市面上的三线制差压控制器需要单独供电，供电电源的管理，电源可靠性难以保证，在长距离供电的线路压降等原因，不符合工业控制的干触点要求，形成了工业上被机械式差压控制器霸占，特别是被进口机械差压控制器霸占的状况，而未能电子化智能化，压力控制器的可靠性得不到必要的监督和控制，保护系统的可靠性也因此一直得不到保证；

现有的压力变送器特别是智能变送器为非隔离型，在很多恶劣的环境下，受到电磁干扰而不能正常工作或引起误差，特别是交流设备与控制混装，接地不良，紧靠电动机等设备的工况下，干扰十分严重。变送器难以正常工作。特别是在变频器越来越多的投用时，干扰更是难以防范。常规变送器有时大幅波动，严重时输出电流超量程或为零。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明的提供了一种两线制不单独供电的可靠并可监视的智能数显保护开关量取信装置，同时通过AI信号回路可远方监视的理想的压力控制仪表。本发明采用了电源隔离和信号隔离，把变送器内外部电路完全不共地，形成隔离，EMC电磁传导可以达到2倍军品标准以上的抗干扰能力。由于变压器隔离限制了变送器故障时的电流能量，也限制了爆燃的能量，提高了变送器的防爆能力，具有安全栅的防爆性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表，所述数显仪表包括：主机模块、控制器模块和变送器模块；

所述主机模块包括依次连接的50uA差压传感器、A/D转换器和50uA单片机；

所述50uA差压传感器为供电电流50uA、功耗0.8mW的微功耗传感器，功耗的减小，使差压传感器发热减小，克服了差压传感器发热引起的漂移，同时50uA微功耗恒流源具有温度补偿功能；

所述50uA单片机为工作电流50uA的微功耗单片机；

所述50uA差压传感器用于检测待测部件两端的差压，并将所述差压信号经50uA仪表放大传输至所述A/D转换器，所述A/D转换器用于对差压信号进行模数转换得到数字量差压，所述50uA单片机用于接收数字量差压信号并对信号进行线性和温度补偿处理，处理后信号通过SPI通讯发送到显示器，通过I2C与D/A模块进行通信，输出模拟量电压信号到变送器模块，通过DO输出逻辑信号到控制器模块；接受键盘的操作信号指令，完成信号的标定和开关量设定值的设定；

所述50uA单片机分别与所述控制器模块和所述变送器模块连接，所述控制器模块和所述变送器模块连接均与外部DCS或PLC连接；

所述50uA单片机根据所述数字量差压信号，通过所述变送器模块将电压信号变成模拟量电流信号，并将所述电流信号传输至所述DCS或所述PLC；所述50uA单片机根据所述数字量差压信号，通过所述控制器模块将计算比较后的开关量远传至所述DCS或所述PLC；

所述变送器模块利用DCS或PLC的AI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机供电；

所述控制器模块利用DCS或PLC的DI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机供电；所述50uA恒流源提供50uA电流至50uA差压传感器，所述50uA恒流源具有温度补偿功能。

可选的，所述控制器模块包括依次连接的驱动单元、IGBT开关、第一整流滤波共模单元和第一稳压单元；所述IGBT开关为1500V耐压、10A的大功率IGBT开关；

所述第一整流滤波共模单元与DCS或PLC的DI信号回路连接，用于将所述IGBT开关的输出信号通过DI信号回路传输至DCS或PLC，同时对DI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第一稳压单元，所述第一稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机供电；

所述控制器模块的工作电流只有160uA，在断开状态下，利用DCS或PLC的DI信号回路为仪表供电而不引起DI的光电隔离器的误动，实现了开关的两线制，打破了差压开关不能电子化的束缚，实现了差压开关的智能化和数显，是目前市场上唯一可以做到两线制智能数显差压开关的独家产品，提高了保护系统的可靠性。

可选的，所述变送器模块包括依次连接的电磁隔离器、D/A转换器、V/I转换器、第二整流滤波共模单元和第二稳压单元；

所述电磁隔离器的输入端和所述50uA单片机的I2C通信口连接，所述电磁隔离器用于对50uA单片机输出的数字量差压信号进行电磁隔离保护，并传输至所述D/A转换器；所述D/A转换器用于将数字量差压信号转换成模拟量差压信号，并传输至V/I转换器；所述V/I转换器用于将模拟量差压信号转换成模拟量电流信号，并将模拟量电流信号传输至所述第二整流滤波共模单元；

所述第二整流滤波共模单元与DCS或PLC的AI信号回路连接，用于将模拟量电流信号通过AI信号回路传输至DCS或PLC，同时对AI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第二稳压单元，所述第二稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机供电；

所述变送器模块工作电流为160uA，并采用了0.6mA微功耗电磁隔离技术，实现了变送器的电磁隔离，实现了变送器的安全隔离，提供了极强的抗干扰能力；

所述变送器模块的工作电流只有160uA，实现了0.4-2mA电流模式，微电流工作模式减小了控制系统电源负载，降低通风系统要求，减少风扇故障，提高DCS系统可靠性。

可选的，所述第一稳压单元包括降压LDO、升压LDO和升/降压切换模块；所述降压LDO在开关断开状态时将24～220VAC/DC信号回路电压稳压到3V，所述升压LDO将开关在接通状态时的IGBT饱和状态下的回路电压升高到3V；

所述升/降压切换模块用于对所述降压LDO和所述升压LDO进行切换，所述降压LDO和所述升压LDO分别用于对第一整流滤波共模单元滤波后的电源进行降压和升压，得到3V直流电压提供至所述50uA单片机。

可选的，所述第二稳压单元包括依次连接的整流LDO、隔离变压器和隔离电路；

所述隔离电路用于将第二整流滤波共模单元滤波后的电源转化成3V、400kHz高频交流电压源，并将所述3V、400kHz高频交流电压源传输至所述隔离变压器，再经过所述整流LDO输出5V直流电压为所述50uA单片机供电。

可选的，所述I2C通信信号通过隔离电路与所述D/A转换器连接，D/A再将电压信号与和所述V/I转换器连接并转换成4-20mA电流信号；所述隔离电路用于为所述50uA单片机I2C通信信号与D/A转换器进行信号隔离。

可选的，所述共模滤波网络和整流LDO为所述电磁隔离器供电。

可选的，所述50uA差压传感器上设置有仪表放大器，所述仪表放大器用于对所述差压进行放大，所述仪表放大器为50uA微功耗仪表放大器，所述微功耗仪表放大器稳定性好。

可选的，所述差压仪表还包括：数字显示器和按键，所述数字显示器为功耗10uA的微功耗液晶数显，所述数字显示器通过SPI通信接口与所述50uA单片机连接，所述按键均与所述50uA单片机连接。

可选的，所述差压仪表还包括：第一二极管和第二二极管，由控制器模块提供的3V电源通过第一二极管向所述的50uA单片机、50uA差压传感器、仪表放大器、A/D转换器冗余供电；由变送器模块提供的3V电源通过第二二极管向所述的50uA单片机、50uA差压传感器、仪表放大器、A/D转换器冗余供电。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明两线制智能压力控制器利用DI信号回路供电并控制开关IGBT的闭合和断开，不需要内外部单独供电，突破了机械式差压控器不能电子化智能化的瓶颈，具有可靠、稳定，安全，可视，免维护，不校验等突出优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表的结构示意图；

1、50uA差压传感器，2、A/D转换器，3、50uA单片机，4、按键，5、数字显示器，6、电磁隔离器，7、D/A转换器，8、V/I转换器，9、整流LDO，10、隔离变压器，11、隔离电路，12、第二整流滤波共模单元，13、冗余电源模块，14、升/降压切换模块，15、降压LDO，16、升压LDO，17、驱动单元，18、IGBT开关，19、第一整流滤波共模单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表，采用AI信号和DI信号回路供电的可靠、稳定，安全，可视，免维护，不校验的两线制智能数显控制器变送器仪表。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表的结构示意图，如图1所示，一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述差压仪表包括：主机模块、控制器模块和变送器模块。

所述主机模块包括依次连接的50uA差压传感器1、A/D转换器2和50uA单片机3；所述50uA差压传感器1为供电电流50uA、功耗0.8mW的微功耗传感器，功耗的减小，使50uA差压传感器发热减小，克服了50uA差压传感器发热引起的漂移，同时50uA微功耗恒流源具有温度补偿功能；所述50uA单片机3为工作电流50uA的低功耗单片机。

所述50uA差压传感器1用于检测待测部件两端的差压，并将所述差压信号经50uA仪表放大传输至所述A/D转换器2，所述A/D转换器2用于对差压信号进行模数转换得到数字量差压，所述50uA单片机3用于接收数字量差压信号并对信号进行线性和温度补偿处理，处理后信号通过SPI通讯发送到显示器，通过I2C与D/A模块进行通信，输出模拟量电压信号到变送器模块，通过DO输出逻辑信号到控制器模块；接受键盘的操作信号指令，完成信号的标定和开关量设定值的设定。

所述50uA单片机3分别与所述控制器模块和所述变送器模块连接，所述控制器模块和所述变送器模块连接均与外部DCS或PLC连接。

所述50uA单片机3根据所述数字量差压信号，通过所述变送器模块将电压信号变成模拟量电流信号，并将所述电流信号传输至所述DCS或所述PLC；所述50uA单片机3根据所述数字量差压信号，通过所述控制器模块将计算比较后的开关量远传至所述DCS或所述PLC。

所述变送器模块利用DCS或PLC的AI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机3供电。

所述控制器模块利用DCS或PLC的DI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机3供电；所述50uA恒流源提供50uA电流至50uA差压传感器1，所述50uA恒流源具有温度补偿功能。

具体的，所述控制器模块包括依次连接的驱动单元17、IGBT开关18、第一整流滤波共模单元19和第一稳压单元；所述IGBT开关18为1500V耐压、10A的大功率IGBT开关。

所述第一整流滤波共模单元19与DCS或PLC的DI信号回路连接，用于将所述IGBT开关18的输出信号通过DI信号回路传输至DCS或PLC，同时对DI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第一稳压单元，所述第一稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机3供电。

所述控制器模块的工作电流只有160uA，在断开状态下，利用DCS或PLC的DI信号回路为仪表供电而不引起DI的光电隔离器的误动，实现了开关的两线制，打破了差压开关不能电子化的束缚，实现了差压开关的智能化和数显，是目前市场上唯一可以做到两线制智能数显差压开关的独家产品，提高了保护系统的可靠性。

其中，所述第一稳压单元包括降压LDO15、升压LDO16和升/降压切换模块14；所述降压LDO15在开关断开状态时将24～220VAC/DC信号回路电压稳压到3V，所述升压LDO16将开关在接通状态时的IGBT饱和状态下的回路电压升高到3V。

所述升/降压切换模块14用于对所述降压LDO15和所述升压LDO16进行切换，所述降压LDO15和所述升压LDO16分别用于对第一整流滤波共模单元19滤波后的电源进行降压和升压，得到3V直流电压提供至所述50uA单片机3。

具体的，所述变送器模块包括依次连接的电磁隔离器6、D/A转换器7、V/I转换器8、第二整流滤波共模单元12和第二稳压单元。

所述电磁隔离器6的输入端和所述50uA单片机3的I2C通信口连接，所述电磁隔离器6用于对50uA单片机3输出的数字量差压信号进行电磁隔离保护，并传输至所述D/A转换器7；所述D/A转换器7用于将数字量差压信号转换成模拟量差压信号，并传输至V/I转换器8；所述V/I转换器8用于将模拟量差压信号转换成模拟量电流信号，并将模拟量电流信号传输至所述第二整流滤波共模单元12；

所述第二整流滤波共模单元12与DCS或PLC的AI信号回路连接，用于将模拟量电流信号通过AI信号回路传输至DCS或PLC，同时对AI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第二稳压单元，所述第二稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机3供电。

所述变送器模块工作电流为160uA，并采用了0.6mA微功耗电磁隔离技术，实现了变送器的电磁隔离，实现了变送器的安全隔离，提供了极强的抗干扰能力；

所述变送器模块的工作电流只有160uA，实现了0.4-2mA电流模式，微电流工作模式减小了控制系统电源负载，降低通风系统要求，减少风扇故障，提高DCS系统可靠性。

其中，所述第二稳压单元包括依次连接的整流LDO9、隔离变压器10和隔离电路11；所述隔离电路11用于将第二整流滤波共模单元12滤波后的电源转化成3V、400kHz高频交流电压源，并将所述3V、400kHz高频交流电压源传输至所述隔离变压器10，再经过所述整流LDO9输出5V直流电压为所述50uA单片机3供电。

所述I2C通信信号通过隔离电路11与所述D/A转换器7连接，D/A转换器7再将电压信号与所述V/I转换器8连接并转换成4-20mA电流信号；所述隔离电路11用于为所述50uA单片机的I2C通信信号与所述D/A转换器7进行信号隔离。

具体的，隔离电路11将AI信号回路提供的电压源转化成3V电压源，又将3V电压源转换成3V、400KHz交流信号传输至隔离变压器初级，隔离变压器次级连接整流LDO9，整流LDO9输出3V直流电压提供至50uA单片机3。

所述共模滤波网络和整流LDO9为所述电磁隔离器供电。

优选的，所述50uA差压传感器1上设置有仪表放大器，所述仪表放大器用于对所述仪表差压进行放大。

具体的，仪表放大器采用目前工业仪表中工作电流50uA的仪表放大器，其功耗小，放大器稳定性好，性能优越。

优选的，所述差压仪表还包括：数字显示器5和按键4，所述数字显示器5为10uA的微功耗液晶数显，所述数字显示器5通过SPI通信接口与所述50uA单片机3连接，所述按键5与所述50uA单片机连接。

具体的，数字显示器5与50uA单片机3通过I2C总线连接，工作电流为10uA。基于控制器模块和变送器模块的微功耗、可靠性要求，经过反复试验和筛选，采用10uA功耗数字显示器。数字显示器5与50uA单片机3过I2C可插拔连接，信号传输稳定，插拔方便。

优选的，所述差压仪表还包括：第一二极管和第二二极管，由控制器模块提供的3V电源通过第一二极管向所述的50uA单片机3、50uA差压传感器1、仪表放大器、A/D转换器冗余供电；由变送器模块提供的3V电源通过第二二极管向所述的50uA单片机3、50uA差压传感器1、仪表放大器、A/D转换器冗余供电。

具体的，第一二极管和第二二极管即为冗余电源模块13。

下面对本发明进行详细介绍：

本发明中的DCS表示分散控制系统，PLC表示可编程控制器，V/I转换器表示电压/电流转换器，AI表示模拟量输入，DI表示数字量输入，整流LDO包括整流桥和LDO(线性稳压器)。

本发明中的DI信号回路和AI信号回路中的仪表工作电流均不超过160uA，50uA单片机3工作电流为50uA，并提供50uA恒流源至50uA差压传感器1，50uA差压传感器1采用扩散硅差压传感器，50uA差压传感器1设有用于对模拟量差压信号进行信号放大的放大器，所述放大器工作电流为50uA。应用时，扩散硅50uA差压传感器由介质差压测量装置经过仪表管输入差压到差压仪表测量膜盒，差压膜盒经过不锈钢膜片和硅油把差压传递到扩散硅晶片，压阻式扩散硅把差压变成惠斯登电桥的桥壁的电阻值，引起信号输出的电压变化，该电压传输到封装在传感器上的放大器进行放大，放大后的电压，送到A/D转换器2。

常规传感器的供电电流为1mA，传感器桥臂电阻4k，功耗为160mW，由于功耗较高，传感器自热容易引起扩散硅桥臂电阻的阻值变化产生温度漂移。本技术方案采用的差压传感器1是微功耗传感器，供电电流为50uA，功耗为0.8mW，功耗大大的减小，减少传感器发热，克服了传感器发热引起的漂移。

本发明单片机3采用业内最低功耗单片机，采用软件优化，实现50uA工作电流，10m扫描周期，12位AD等功能。目前市面上恒流器件最小100uA。本技术采用带温补的恒流源器件，实现了50uA恒流温补功能。满足了微功耗恒流源要求。

由于本发明采用两线制控制器模块，没有单独的供电，是利用信号回路供电，所以对功耗要求非常苛刻，工作电流不能超过160uA，工作电流小，工作电压范围宽，特别是在开关导通后的2.5V电压降下，保证仪表正常工作。本发明的微功耗技术，最小工作电流只有160uA，实现了1-5mA电流模式。微电流工作模式可以大大减小控制系统电源负载，降低通风系统要求，减少风扇(风扇的故障是导致DCS的故障重要原因，风扇的通风引起DCS系统积灰积尘，也是引起DCS故障的重要原因)，提高DCS系统可靠性。由于传统低功耗技术，变送器模块的工作电流大，做不到电磁隔离，本发明工作电流只有160uA，并采用了微功耗电磁隔离技术，实现了变送器的电磁隔离，提供了极强的抗干扰能力。

50uA差压传感器1将检测到的物理差压转换为模拟量差压信号，再将模拟量差压信号传输至A/D转换器2转换成数字量差压信号，A/D转换器2将数字量差压信号传至50uA单片机3进行线性化和温度补偿处理，然后将处理后的数字量差压信号分为两路；其中一路通过I2C总线传输至变送器模块，在变送器模块内通过电磁隔离器6进行电磁信号隔离，通过D/A转换器7转换成模拟量电压信号，通过V/I转换器8将模拟量电压信号转换成模拟量电流信号，最后通过第二整流滤波共模单元12将模拟量电流信号导入AI信号回路，通过AI信号回路传输至外部DCS或PLC；另一路继续通过50uA单片机3进行比较处理，当差压值大于等于设定值时，50uA单片机3的DO(数字)输出端输出逻辑信号“1”到控制器模块，通过驱动单元17驱动IGBT开关18闭合，当差压值小于设定值时，50uA单片机3的DO输出端输出逻辑信号“0”到控制器模块，通过驱动单元17驱动IGBT开关18断开，IGBT开关18的开关量信号通过第一整流滤波共模单元19导入DI信号回路，通过DI信号回路传输至外部DCS或PLC。与此同时，DI信号回路和AI信号回路分别提供电源至控制器模块和变送器模块，控制器模块内第一整流滤波共模单元19对DI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波处理后传输至第一稳压单元，通过第一稳压单元转换成3V直流电压提供至50uA单片机MCU；变送器模块内第二整流滤波共模单元12对AI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波处理后传输至第二稳压单元，通过第二稳压单元转换成3V直流电压提供至50uA单片机3。其采用两线制信号回路既可以保证稳定的信号传输，同时不用提供单独电源，可直接通过两线制信号回路为控制器模块和变送器模块进行回路供电，保证电源的可靠性。

长期以来，由于DCS或PLC的开关量输入回路是利用光耦进行信号传输的，光耦输入端就是一只发光二极管，电流大于300uA时，二极管就会导通发光，导致光接收侧产生状态翻转，因此，由于仪表工作电流大于这个导通电流，致使差压开关一直未能电子化，而只能用机械式开关来实现差压值的报警。本发明的核心技术就是从传感器到50uA单片机，到变送模块，到开关模块整个仪表系统的工作电流不大于160uA，大大小于二极管的导通电流，实现了开关模块的两线制，变送模块的4-20mA本身就是两线制，从而整个仪表实现了两线制。

长期以来，由于变送器采用4-20mA电流制，在DCS大型控制系统上万点以上的应用中，功耗极大，通风系统变得十分重要，而通风系统是建立在风扇基础上的，而风扇为高速转动部件，有寿命限制，属易损件。一旦风扇故障，电源迅速发热损坏，导致控制系统失灵，非常危险。由于DCS模拟量点比PLC多，所以DCS故障高于PLC。本发明由于自身功耗低，实现了1-5mA电流制。如果在不考虑隔离时，可以做到0.4-2mA，也就是说可以把电流减小4倍或10倍。可以大大减轻DCS控制系统通风的要求，减少DCS故障。

长期以来，由于变送器自身的功耗大，做不到隔离，特别是智能型变送器在外部干扰下，如变频器等工况下，导致变送器失灵。本发明实现了完全电气隔离，致使变送器内部与外部回路不共地，实行了电源隔离和信号隔离，彻底消除了任何干扰的影响，并本身的限流功能实现了具有安全栅功能的智能变送器。

发明的优点：

两线制:回路供电LOOP POWER，微功耗160uA；

无漂移(无自热):稳定性好，长周期免校验，真正的免维护；

无故障(长周期)：平均无故障时间40万小时以上，微功耗元器件超长寿命；

高精度：0.5(-10～80℃范围内最大误差±0.5％FS)；

抗干扰：电磁传导20V(1Hz-80MHz)无影响(比军标10V高一倍)；

全监控：从显示能看到DCS/PLC通道供电，接线正确与否，从差压值能监视管路是否泄漏，管路是否堵塞，全面监视测点的工作正常与否，；

不校验：显示差压值，定值(上限值、下限值)、延时等直接用按键设定；

不误动：分仓模块化结构，强弱信号完全隔离，100mH共模，电容组成的抗干扰矩阵，投产几千只从未见误动和拒动；

抗冲击：1500V耐压设计，DCS/PLC24V查询信号回路，击穿误动可能性为零；

交/直流：控制信号回路供电24到220V直流与交流AC/DC均可；

差压变送器仪表TRANSMITTER；

独立的4-20mA隔离输出、1-5mA或0.4-2mA输出；

就地指示过程变量，开关动作值等；

零位、中间点、量程三点校准；

MPA，kPa，℃三种单位可选择；

零中满三种标定，4-20mA输出校准；

-40—80℃温度补偿。

本发明的有益效果：

1、防止机械式控制器卡涩和漂移带来的保护失灵(误动和拒动)，提高保护系统的可靠性，从根本上实现了本质可靠和本质安全的仪表，是控制器技术真正进入电子化和智能化的重大技术进步。

2、160uA仪表开创了仪表微功耗技术的新时代，把智能化推向微功耗化，为仪表技术的发展引领新的未来，可以预见，必将为仪表的可靠性带来极大的提高，为仪表的发展带来新的商机。

3、模拟量隔离、微功耗不漂移型变送器具有本质安全，抗干扰强的巨大优势，必将为仪表的可靠性水平提高作出卓越的贡献。

4、提出并实现了0.4-2mA变送器的标准，为控制系统的微功耗和可靠性提供了基础，为降低控制系统电源的功耗，减少散热，摆脱风扇故障带来的系统故障提供了可能。也为减低电缆芯线的截面成为可能。

5、微功耗变送器克服了扩散硅传感器漂移大的不足，提高了仪表稳定性，为扩散硅传感器的应用展示了新的广阔的前景。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述数显仪表包括：主机模块、控制器模块和变送器模块；

所述主机模块包括依次连接的50uA差压传感器、A/D转换器和50uA单片机；

所述50uA差压传感器为供电电流50uA、功耗0.8mW的微功耗传感器，功耗的减小，使差压传感器发热减小，克服了差压传感器发热引起的漂移，同时50uA微功耗恒流源具有温度补偿功能；

所述50uA单片机为工作电流50uA的低功耗单片机；

所述50uA差压传感器用于检测待测部件两端的差压，并将所述差压信号经50uA仪表放大传输至所述A/D转换器，所述A/D转换器用于对差压信号进行模数转换得到数字量差压，所述50uA单片机用于接收数字量差压信号并对信号进行线性和温度补偿处理，处理后信号通过SPI通讯发送到显示器，通过I2C与D/A模块进行通信，输出模拟量电压信号到变送器模块，通过DO输出逻辑信号到控制器模块，接受键盘的操作信号指令，完成信号的标定和开关量设定值的设定；

所述50uA单片机分别与所述控制器模块和所述变送器模块连接，所述控制器模块和所述变送器模块均与外部DCS或PLC连接；

所述50uA单片机根据所述数字量差压信号，通过所述变送器模块将电压信号变成模拟量电流信号，并将所述电流信号远传至所述DCS或所述PLC；所述50uA单片机根据所述数字量差压信号，通过所述控制器模块将计算比较后的开关量远传至所述DCS或所述PLC；

所述变送器模块利用DCS或PLC的AI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机供电；

所述控制器模块利用DCS或PLC的DI信号回路进行接入，并将接入的电源进行转化为所述50uA单片机供电；所述50uA恒流源提供50uA电流至50uA差压传感器，所述50uA恒流源具有温度补偿功能。

2.根据权利要求1所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述控制器模块包括依次连接的驱动单元、IGBT开关、第一整流滤波共模单元和第一稳压单元；所述IGBT开关为1500V耐压、10A的大功率IGBT开关；

所述第一整流滤波共模单元与DCS或PLC的DI信号回路连接，用于将所述IGBT开关的输出信号通过DI信号回路传输至DCS或PLC，同时对DI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第一稳压单元，所述第一稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机供电；

所述控制器模块的工作电流只有160uA，在断开状态下，利用DCS或PLC的DI信号回路为仪表供电而不引起DI的光电隔离器的误动，实现了开关的两线制，打破了差压开关不能电子化的束缚，实现了差压开关的智能化和数显，是目前市场上唯一可以做到两线制智能数显差压开关的独家产品，提高了保护系统的可靠性。

3.根据权利要求1所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述变送器模块包括依次连接的电磁隔离器、D/A转换器、V/I转换器、第二整流滤波共模单元和第二稳压单元；

所述电磁隔离器的输入端和所述50uA单片机的I2C通信口连接，所述电磁隔离器用于对50uA单片机输出的数字量差压信号进行电磁隔离保护，并传输至所述D/A转换器；所述D/A转换器用于将数字量差压信号转换成模拟量差压信号，并传输至V/I转换器；所述V/I转换器用于将模拟量差压信号转换成模拟量电流信号，并将模拟量电流信号传输至所述第二整流滤波共模单元；

所述第二整流滤波共模单元与DCS或PLC的AI信号回路连接，用于将模拟量电流信号通过AI信号回路传输至DCS或PLC，同时对AI信号回路的电源进行整流滤波和共模滤波，并将滤波后的电源传输至所述第二稳压单元，所述第二稳压单元用于对滤波后的电源进行电源转化，将转化后的电源为所述50uA单片机供电；

所述变送器模块工作电流为160uA，并采用了0.6mA微功耗电磁隔离技术，实现了变送器的电磁隔离，实现了变送器的安全隔离，提供了极强的抗干扰能力；

所述变送器模块的工作电流只有160uA，实现了0.4-2mA电流模式，微电流工作模式减小了控制系统电源负载，降低通风系统要求，减少风扇故障，提高DCS系统可靠性。

4.根据权利要求2所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述第一稳压单元包括降压LDO、升压LDO和升/降压切换模块；所述降压LDO在开关断开状态时将24～220VAC/DC信号回路电压稳压到3V，所述升压LDO将开关在接通状态时的IGBT饱和状态下的回路电压升高到3V；

所述升/降压切换模块用于对所述降压LDO和所述升压LDO进行切换，所述降压LDO和所述升压LDO分别用于对第一整流滤波共模单元滤波后的电源进行降压和升压，得到3V直流电压提供至所述50uA单片机。

5.根据权利要求3所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述第二稳压单元包括依次连接的整流LDO、隔离变压器和隔离电路；

所述隔离电路用于将第二整流滤波共模单元滤波后的电源转化成3V、400kHz高频电压源，并将所述3V、400kHz高频电压源传输至所述隔离变压器，再经过所述整流LDO输出5V直流电压为所述50uA单片机供电。

6.根据权利要求5所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述I2C通信信号通过隔离电路与所述D/A转换器连接，D/A转换器再将电压信号与所述V/I转换器连接并转换成4-20mA电流信号；所述隔离电路用于为所述50uA单片机的I2C通信信号与D/A转换器进行信号隔离。

7.根据权利要求5所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述共模滤波网络和整流LDO为所述电磁隔离器供电。

8.根据权利要求1所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述50uA差压传感器上设置有仪表放大器，所述仪表放大器用于对所述差压进行放大，所述仪表放大器为50uA微功耗仪表放大器，所述微功耗仪表放大器性能稳定。

9.根据权利要求1所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述差压仪表还包括：数字显示器和按键，所述数字显示器为10uA的微功耗液晶数显，所述数字显示器通过SPI通信接口与所述50uA单片机连接，所述按键与所述50uA单片机连接。

10.根据权利要求8所述的两线制智能差压控制器变送器数显仪表，其特征在于，所述差压仪表还包括：第一二极管和第二二极管，由控制器模块提供的3V电源通过第一二极管向所述的50uA单片机、50uA差压传感器、仪表放大器、A/D转换器冗余供电；由变送器模块提供的3V电源通过第二二极管向所述的50uA单片机、50uA差压传感器、仪表放大器、A/D转换器冗余供电。

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