CN117990152A - 温压一体化变送器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温压一体化变送器，包括：温度表和压力变送器，压力变送器包括主控模块、电压‑电流转换单元和压力采集单元，通过4～20mA模拟电信号连接控制系统；压力采集单元，用于采集压力采样电压；温度表，用于采集温度采样电压，并处理温度采样电压得到目标温度信号；主控模块，分别与压力采集单元、温度表连接，用于处理压力采样电压得到目标压力信号，并接收目标温度信号，基于HART协议将目标压力信号和目标温度信号调制为正弦波信号；电压‑电流转换单元，用于将正弦波信号回传至控制系统，使温压一体化变送器的连接方式简单，使用成本低。

Description

温压一体化变送器

技术领域

本发明涉及变送器技术领域，具体涉及一种温压一体化变送器。

背景技术

目前，变送器广泛应用于化工、冶金、机械、清洁能源和水处理等领域，例如压力变送器、温度变送器和流量变送器等，在实际应用中，常常需要同时对生产过程中的各种待测介质进行温度测量和压力测量。在相关技术中，主要通过多组线缆和多个DCS通讯模块，使DCS分别与压力变送器、温度表建立单独的通信连接，温度表采集得到的温度信号和压力变送器采集的压力信号都会转换为一个二线制4～20mA电流信号，然后将这两个电流信号传输至外部的DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)，以同时实现对温度和压力的精确测量。

然而，由于压力变送器和温度表分别都单独连接于DCS，连接所需的线缆和DCS通讯模块较多，如果将压力变送器和温度表一体化，一方面，存在连接结构复杂、使用成本高的问题，另一方面，增加了相关技术人员在安装时的工作强度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种温压一体化变送器，以解决上述技术问题中的至少之一。

在第一方面，本发明提供了一种温压一体化变送器，包括：压力变送器和温度表，所述压力变送器包括主控模块、电压-电流转换单元和压力采集单元，所述压力变送器通过4～20mA模拟电信号连接控制系统，所述控制系统为所述压力变送器与所述温度表供电；所述压力采集单元，用于对管道内待测介质的压力进行采样，得到压力采样电压；所述温度表，用于对管道内待测介质的温度进行采样，得到温度采样电压，并处理温度采样电压得到目标温度信号；所述主控模块，分别与所述压力采集单元、所述温度表连接，用于处理所述压力采样电压得到所述目标压力信号；还用于接收所述目标温度信号，基于HART协议将所述目标压力信号和所述目标温度信号调制为正弦波信号；所述电压-电流转换单元，连接在所述主控模块与所述控制系统之间，用于将所述正弦波信号回传至所述控制系统。

于本发明的一实施例中，所述主控模块包括第一主控单元，分别与所述温度表、所述压力采集单元连接，用于计算所述压力采样电压对应的第一电流，将所述第一电流值对应的数字信号作为所述目标压力信号；还用于接收所述目标压力信号，生成携带有所述目标压力信号和所述目标温度信号的控制信号。

于本发明的一实施例中，所述主控模块还包括HART调制解调器，分别与所述第一主控单元、所述电压-电流转换单元连接，用于响应所述控制信号，生成所述正弦波信号。

于本发明的一实施例中，所述压力变送器还包括数模转换单元和信号切换单元；所述数模转换单元，分别与所述第一主控单元、所述电压-电流转换单元连接，用于将所述目标压力信号或所述目标温度信号进行数模转换，得到模拟电压信号，以通过所述电压-电流转换单元将所述模拟电压信号转换为4～20mA的电流信号回传至所述控制系统；

所述信号切换单元，与所述第一主控单元连接，用于切换所述第一主控单元传输至所述数模转换单元的待传输信号，所述待传输信号为所述目标压力信号或所述目标温度信号。

于本发明的一实施例中，所述压力变送器还包括第一低压差线性稳压器，分别与所述控制系统、所述电压-电流转换单元连接，用于对所述控制系统输出的第一电压进行稳压转换，以输出第一压降电压，基于所述第一压降电压为所述电压-电流转换单元供电。

于本发明的一实施例中，所述压力变送器还包括第二低压差线性稳压器和第三低压差线性稳压器；其中，所述第二低压差线性稳压器的输入端连接所述电压-电流转换单元的输出端，所述控制系统的输出端连接所述第一低压差线性稳压器的输入端，所述第一低压差线性稳压器的输出端连接所述电压-电流转换单元的输入端，所述控制系统的输入端连接所述第二低压差线性稳压器的输出端，形成闭环链路；所述第二低压差线性稳压器的两个输出端分别连接所述第三低压差线性稳压器、所述温度表，一输出端输出的钳位电压用于为所述温度表供电，另一输出端输出第二压降电压为所述第三低压差线性稳压器供电；所述第三低压差线性稳压器用于对所述第二压降电压进行稳压转换，输出第三压降电压。

于本发明的一实施例中，所述压力变送器还包括第一通信单元，所述温度表还包括第二通信单元，所述第一通信单元分别与所述主控模块连接、第二通信单元连接，所述第一通信单元和所述第二通信单元用于建立所述温度表和所述压力变送器之间的串行通信，基于所述第三压降电压为所述第一通信单元供电。

于本发明的一实施例中，所述温度表还包括温度采集单元、第二主控单元和供电单元，所述第二主控单元分别与所述温度采集单元、所述第二通信单元连接，所述供电单元分别与所述温度采集单元、所述第二主控单元、所述第二通信单元连接；其中，所述温度采集单元用于采集管道内传输介质的温度信号，将所述温度信号进行模数转换，确定温度采样电压；所述第二主控单元用于计算所述温度采样电压对应的第二电流，将所述第二电流对应的数字信号作为所述目标温度信号；所述供电单元，用于调节所述钳位电压，输出调节后的所述钳位电压为所述温度采集单元、所述第二主控单元和所述第二通信单元供电。

于本发明的一实施例中，所述压力变送器还包括电平转换单元，分别与所述第一主控单元、所述第一串行通信单元连接，用于对所述目标温度信号进行电平转换，使所述第一主控单元模块和所述第二主控单元建立通信。

于本发明的一实施例中，所述第二低压差线性稳压器包括电源基准芯片、第一电阻、所述第二电阻、运算放大器、第三电阻和MOS管；其中，所述第一电阻的一端接所述电源基准芯片的输入端，另一端接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接所述电源基准芯片的输出端；所述运算放大器的反向输入端连接于所述第一电阻、所述第二电阻之间，输出端连接所述MOS管的栅极，正电源电压连接所述第三电阻的一端，负电源电压连接所述MOS管的源极，所述第三电阻的另一端连接所述MOS管的漏极。

本发明的有益效果：本发明提出了的一种温压一体化变送器，包括：压力变送器和温度表，压力变送器包括主控模块、电压-电流转换单元和压力采集单元，压力变送器通过4～20mA模拟电信号连接控制系统，控制系统为压力变送器与温度表供电；压力采集单元，用于对管道内待测介质的压力进行采样，得到压力采样电压；温度表，用于对管道内待测介质的温度进行采样，得到温度采样电压，并处理温度采样电压得到目标温度信号；主控模块，分别与压力采集单元、温度表连接，用于处理压力采样电压得到目标压力信号，还用于接收所述目标温度信号，基于HART协议将所述目标压力信号和所述目标温度信号调制为正弦波信号；电压-电流转换单元，连接在主控模块与控制系统之间，用于将正弦波信号叠加在模拟的电流信号中回传至控制系统。这样，在压力变送器中加入了HART协议的通信方式，仅需一组4～20mA标准的两芯线缆和一个DCS通讯模块，就能够在4～20mA的模拟电流信号上叠加基于HART协议调制的正弦波信号，从而将压力变送器和温度表测量得到的压力信号、温度信号传输给控制系统，简化了温压一体化变送器的连接结构，降低了使用成本高，更便于安装使用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明的一示例性实施例示出的温压一体化变送器的连接示意图；

图2是本发明的一示例性实施例示出的温压一体化变送器的结构示意图；

图3是本发明的一示例性实施例示出的压力变送器的结构的示意图；

图4是本发明的一示例性实施例示出的温度表的结构的示意图；

图5是本发明的一示例性实施例示出的电压-电流转换单元的内部结构的示意图；

图6是本发明的一示例性实施例示出的第二低压差线性稳压器内部电路的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

在工业上，需要测量各类非电的物理量，例如压力、温度、速度和角度等，这些物理量都需要转换为模拟的电信号才能够传输到远程的控制系统或显示设备上，而这些模拟量的传输通常使用4～20mA的电流信号来完成，电流信号的上限设置为20mA是因为20mA的电流通断引起的火花较小，下限设置为4mA是为了检测传输中断，当仪器仪表处于正常工作时，电流不会低于4mA，当传输线因故障断路时，电流将降为0，一般情况下，当电流降为2mA时，会触发断线报警。

HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议采用基于Bell202标准的FSK(Frequency Shift Keying)频移键控信号，在低频的4～20mA模拟电流信号上叠加幅度为0.5mA的数字信号(正弦波信号)进行双向数字通讯，数据传输率为1200bps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。由于叠加在4～20mA电流上的正弦波信号不会对4～20mA模拟电流信号造成任何干扰，所以在本发明中采用HART协议传输与压力和温度相关的信号。

请参阅图1，为本发明的一示例性实施例示出的温压一体化变送器的连接示意图。如图1所示，本实施例提供的温压一体化变送器中包括压力变送器和温度表，压力变送器和控制系统通过4～20mA的模拟电流信号，温度表和压力变送器之间基于串行通信的标准(RS485)通信。控制系统为压力变送器供电，压力变送器为温度表供电，其中，控制系统输出的电流经由压力变送器传输至温度表，实质上温度表间接由控制系统供电。压力变送器将实时采集管道内关于待测介质的压力参数，同时温度表也实时采集管道内与待测介质相关的温度参数后，然后将温度参数以数字信号的形式发送压力变送器，最后由压力变送器将压力参数和温度参数传输至控制系统，其中，压力信号既可以通过4～20mA信号传输，又可以通过HART协议传输，温度信号通过HART协议传输。

请参阅图2，为本发明的一示例性实施例示出的温压一体化变送器的结构示意图。该示例性实施例提供了一种温压一体化变送器，至少包括如图2所示的压力变送器和温度表，其中，压力变送器包括主控模块、电压-电流转换单元和压力采集单元，压力变送器通过4～20mA模拟电信号连接控制系统，控制系统为压力变送器与温度表供电；压力采集单元，用于对管道内待测介质的压力进行采样，得到压力采样电压；温度表，用于对管道内待测介质的温度进行采样，得到温度采样电压，并处理温度采样电压得到目标温度信号；主控模块，分别与压力采集单元、温度表连接，用于处理压力采样电压得到目标压力信号，并接收目标温度信号；还用于接收目标温度信号，基于HART协议将目标压力信号和目标温度信号调制为正弦波信号；电压-电流转换单元，连接在主控模块与控制系统之间，用于将正弦波信号回传至控制系统。

在本发明的一个实施例中，为了避免因温度表和压力变送器各自独立连接控制系统(DCS)，需要多组线缆和DCS通讯模块的情况，将压力变送器和控制系统连接，而温度表和压力变送器连接，使温度表和压力变送器之间的建立通信，温度表采集得到的温度信号经由压力变送器基于HART协议，随电压-电流转换器输出的4～20mA的电流间接传输至控制系统。这样，温压一体化变送器在和控制系统连接时，不再需要用于连接温度表和控制系统的线缆，仅需用于连接压力变送器和控制系统的一组两芯线缆(4～20mA的传输电缆)，减少了温压一体化变送器的线缆连接，使温压一体化变送器的连接结构变得简单，降低了使用成本。

请参阅图3，为本发明的一示例性实施例示出的压力变送器的结构的示意图。

具体地，主控模块包括第一主控单元，即图3所示的压力变送器中的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)主控单元，分别与温度表、压力采集单元连接，用于计算压力采样电压对应的第一电流，将第一电流值对应的数字信号作为目标压力信号；还用于接收目标温度信号，生成携带有目标压力信号和目标温度信号的控制信号。主控模块还包括HART调制解调器，分别与第一主控单元、电压-电流转换单元连接，用于响应控制信号，生成正弦波信号。

在本发明的一个实施例中，压力采集单元用于对管道内待测介质的压力进行采样，得到压力信号，压力是一个物理量，所以压力信号是一个模拟信号；因此，需要对压力信号进行模数转换，进而确定压力采样电压，压力采样电压以数字信号的形式发送至第一主控单元；第一主控单元用于根据压力采样电压计算其对应的第一电流，即压力信号对应的电流值，并生成第一电流值对应的数字信号，即目标压力信号。第一主控单元还用于接收目标温度信号，将目标温度信号和目标压力信号同时传输至HART调制解调器，基于HART协议将目标温度信号和目标压力信号调制为正弦波信号，以数字信号的形式传输至控制系统，从而使温压一体化变送器能够将同一位置测量的压力和温度上传至控制系统。

在本发明的一个实施例中，第一主控单元和HART调制解调器基于串口通信。

具体地，压力变送器还包括数模转换单元，分别与第一主控单元、电压-电流转换单元连接，用于将目标压力信号或目标温度进行数模转换，得到模拟电压信号，以通过电压-电流转换单元将模拟电压信号转换为4～20mA的电流信号回传至控制系统。

在本发明的一个实施例中，HART协议与4～20m模拟电流信号共用一条线缆传输，且4～20m的通信方式稳定，对长距离通信中的环境干扰有极高的抗干扰性，因此，在压力变送器中设置了如图3所示，数模转换单元，连接在第一主控单元和电压-电流转换单元(V/I转换单元)之间，用于将数字的目标压力信号转换为模拟电压信号，并传输至电压-电流转换单元。需要理解的是，在实际应用中，如果需要长距离通信，此时若以电压信号的形式传输，会受到噪声的干扰，需要将电压信号转换为电流信号，所以，数模转换单元输出的模拟电压信号需要经电压-电流转换单元转换后，以4～20mA的电流信号的形式传输至控制系统。

在本发明的一个实施例中，HART协议是一种数字双向通信，其可在4mA至20mA是模拟电流信号上调制一个1mA峰峰值的频移键控信号，不仅能够将温度信号和压力信号传输至控制系统，还可以接收来自控制系统的携带有针对压力变送器或温度表的设置数据，将设置数据对应发送至压力变送器或温度表，从而对压力变送器的参数和温度表的参数进行设置。例如，利用HART调制解调器接收到来自控制系统发送的携带有信号切换的控制指令，并将控制指令转发至压力变送器中的第一主控单元，以使第一主控单元响应于控制指令，对流向数模转换单元的待传输信号进行切换，若当前的待传输信号为信号为目标压力信号，则切换为目标温度信号，反之亦然。

具体地，如图3所示，压力变送器还包括信号切换单元，与第一主控单元连接，用于切换第一主控单元传输至数模转换单元的待传输信号，待传输信号为目标压力信号或目标温度信号。

在本发明的一个实施例中，信号切换单元连接于压力变送器中的CPU，即第一主控单元，其可以是实体按键或显示屏上虚拟按键的形式，通过按键选择待传输信号为目标温度信号，还是目标压力信号，以对待传输信号进行切换。

在本发明的一个实施例中，还可以利用HART手操器连接压力变送器，控制第一主控单元传输至数模转换单元的到传输信号进行切换。

请参阅图4，为本发明的一示例性实施例示出的温度表的结构的示意图。结合图3和图4所示，压力变送器还包括第一通信单元，即压力变送器中的RS485(一种串行通信标准)电路，一种串行通信标准，温度表还包括第二通信单元，即温度表中的RS485电路，第一通信单元分别与主控模块连接、第二通信单元连接，第一通信单元和第二通信单元用于建立温度表和压力变送器之间的串行通信。其中，第一通信单元基于图3中第三低压差线性稳压器(LDO电路3)输出的第三压降电压供电。需要理解的是，图3和图4中的RS485电路仅为本实施例提供的一种优选方案，第一通信单元和第二通信单元可以根据实际情况设置为其他串行通信标准。

在本发明中，为了实现压力变送器和温度表的串行通信，需要在压力变送器和温度表中分别设置串行通信标准的通信单元，即第一通信单元和第二通信单元，以使目标温度信号由温度表传输到压力变送器。以超低功耗的RS485通信标准为例，目标温度信号经第一通信单元以RS485标准的通信传输至第二通信单元，然后由第二通信单元转发至压力变送器中的第一主控单元，在传输过程中的抗干扰性高，提高了信号传输的可靠性。

具体地，温度表还包括温度采集单元、第二主控单元和供电单元，第二主控单元分别与温度采集单元、第二通信单元连接，供电单元分别与温度采集单元、第二主控单元、第二通信单元连接；其中，温度采集单元用于采集管道内传输介质的温度信号，将温度信号进行模数转换，确定温度采样电压；第二主控单元用于计算温度采样电压对应的第二电流，将第二电流对应的数字信号作为目标温度信号；供电单元，用于调节钳位电压，即输入温度表的电压，输出调节后的钳位电压为温度采集单元、第二主控单元和第二通信单元供电。

在本发明的一个实施例中，待测介质的温度是一个物理量，即温度采集单元采集得到的温度信号是一个模拟信号；因此，需要对温度信号进行模数转换，进而确定温度采样电压，温度采样电压以数字信号的形式发送至第二主控单元；第二主控单元用于根据温度采样电压计算其对应的第二电流，即温度信号对应的电流，第二电流以数字信号的形式，作为目标温度信号进行传输。第二主控单元还用于将目标温度信号基于串行通信传输至第一主控单元，使压力变送器能够接收到目标温度信号，并传输至控制系统。

具体地，如图3所示，压力变送器还包括电平转换单元，分别与第一主控单元、第一串行通信单元连接，用于对目标温度信号进行电平转换，使第一主控单元和第二主控单元建立通信。

在本发明的一个实施例中，为了避免压力变送器和温度表两个不同电平的设备能够相互通信和交互，在压力变送器中设置了电平转换单元，使第一主控单元和第二主控单元之间的信号兼容，能够通信，即压力变送器和温度表之间传输的信号能够相互兼容，这和第一、第二通信单元的作用不同，第一、第二通信单元建立的串行通信仅用于传输压力表和温度表之间的信号。

具体地，压力变送器还包括第一低压差线性稳压器，即图3中的LDO(low dropoutregulator，低压差线性稳压器)电路1，分别与控制系统、电压-电流转换单元连接，用于对控制系统输出的第一电压进行稳压转换，以输出第一压降电压，基于第一压降电压为电压-电流转换单元供电。

在本发明的一个实施例中，控制系统是温压一体化变送器的供电电源1，其输出电压的第一电压接第一低压差线性稳压器，利用第一低压差线性稳压器降低输入的第一电压，进而输出稳定的第一压降电压。第一低压差线性稳压器除了降压稳压的作用外，还实现电源隔离、信号滤波等功能。如图3所示，第一低压差线性稳压器输出的第一压降电压用于为电压-电流转换单元，并经电压-电流转换单元，为第二低压差线性稳压器(LDO电路2)、数模转换单元、第一主控单元、压力采集单元、显示单元、电平转换单元供电。

具体地，压力变送器还包括第二低压差线性稳压器和第三低压差线性稳压器；其中，第二低压差线性稳压器的输入端连接电压-电流转换单元的输出端，控制系统的输出端连接第一低压差线性稳压器的输入端，第一低压差线性稳压器的输出端连接电压-电流转换单元的输入端，控制系统的输入端连接第二低压差线性稳压器的输出端，形成闭环链路；第二低压差线性稳压器的两个输出端分别连接第三低压差线性稳压器、温度表，一输出端输出的钳位电压用于为温度表供电，另一输出端输出第二压降电压为第三低压差线性稳压器供电。

在本发明的一个实施例中，第二低压差线性稳压器为图3中的LDO电路2，第三低压差线性稳压器为图3中的LDO电路3，图3和图4所示的电源2是由第二低压差线性稳压器输出的钳位电压产生，用于为温度表供电，通常情况下，第二压降电压为第一压降电压中未被钳位的电压，用于给第三低压差线性稳压器供电。另外，利用第三低压差线性稳压器对第二压降电压进行稳压转换，以输出第三压降电压，基于第三压降电压为第一通信模块进行单独供电，使供电更加可靠。

请参阅图5，为本发明的一示例性实施例示出的电压-电流转换单元的内部结构的示意图。如图5所示，闭环链路是由控制系统、第一低压差线性稳压器、电压-电流转换单元和第二低压差线性稳压器构成的环路，其中，示意性的，电压-电流转换单元可以包括三极管、运算放大器和采样电阻R1，运算放大器基于DA(数模转换单元)传输的模拟电压信号输出电压U1，或基于HART调制解调器输出的正弦波信号所叠加的电压信号输出电压U1，然后通过电压U1控制三极管的集电极输出的电流，该电流经电阻R1后输出模拟的4～20mA的电流信号，使电流信号流经第二低压差线性稳压器后传输至控制系统。其中，如图3所示，因为第二低压差线性稳压器会将电压-电流转换单元输出的电流分流到温度表和第三低压差线性稳压器，所以还需将温度表和第三低压差线性稳压器负极与控制系统的负极的连接，这样，电流-电压转换单元输出的电流经第二低压差线性稳压器分流后，仍会回到控制系统，即如图3所示，温度表和第三低压差线性稳压器输出的电流最终也将回传至闭环链路，这样，使控制系统能够精确接收电压-电流转换单元输出的电流。需要注意的是，图5中电压-电流转换单元的结构只是示例性列举，不作为本申请中对电压-电流转换单元的具体限定。

具体地，第二低压差线性稳压器包括电源基准芯片、第一电阻、运算放大器、第二电阻和MOS管；其中，电源基准芯片和第一电阻串接，用于调节钳位电压；运算放大器、第二电阻和MOS管，用于调节第二低压差线性稳压器回传至控制系统的电流。

请参阅图6，为本发明的一示例性实施例示出的第二低压差线性稳压器内部电路的示意图。如图6所示，第二低压差线性稳压器包括电源基准芯片、第一电阻、第二电阻、运算放大器、第三电阻和MOS管；其中，第一电阻的一端接电源基准芯片的输入端，另一端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接电源基准芯片的输出端；运算放大器的反向输入端连接于第一电阻、第二电阻之间，输出端连接MOS管的栅极，正电源电压连接第三电阻的一端，负电源电压连接MOS管的源极，第三电阻的另一端连接MOS管的漏极。

在本发明的一个实施例中，通过电源基准芯片D1、第一电阻R4、第二电阻R5、运算放大器D2组成电压调制电路，将输入第二低压差线性稳压器的第一压降电压钳位至5V(钳位电压)输出。另外，输入第二低压差线性稳压器的电流，在因为温度表、第二低压差线性稳压器和第三低压差线性稳压器(实质上是为第一通信单元)供电而被消耗后，仍可能存在剩余未被消耗的电流，例如，如果电压-电流转换单元输出的电流为15mA(毫安)，第二低压差线性稳压器消耗1mA，第三低压差线性稳压器消耗1mA，温度表消耗1mA，那么还剩余12mA的电流。通过运算放大器D2控制MOS管D3的导通电压，使剩余的电流流经第三电阻R6和MOS管D3，最后回传至控制系统，在这一过程中的产生的压降落在第三电阻R6上。这样，控制系统根据接收到的温度表、第二低压差线性稳压器和第三低压差线性稳压器各自输出的电流，综合得到电压-电流转换单元输出的电流，即能够准确的得到电压-电流转换单元输出的4～20mA的电流信号，和叠加在4～20mA电流信号上的正弦波信号，从而接收到温压一体化变送器采集的温度信号和压力信号。

基于上述实施例，本发明提供了一种温压一体化变送器，在压力变送器中加入了HART协议的通信方式，仅需一根4～20mA标准的两芯电缆和一个DCS通讯模块，就能够同时获待测介质的温度和压力。这样，温压一体化变送器和控制系统之间的连接简单，降低了温压一体化变送器的使用成本和安装温压一体化变送器的工作强度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种温压一体化变送器，其特征在于，包括：压力变送器和温度表，所述压力变送器包括主控模块、电压-电流转换单元和压力采集单元，所述压力变送器通过4～20mA模拟电信号连接控制系统，所述控制系统为所述压力变送器与所述温度表供电；

所述压力采集单元，用于对管道内待测介质的压力进行采样，得到压力采样电压；

所述温度表，用于对管道内待测介质的温度进行采样，得到温度采样电压，并处理温度采样电压得到目标温度信号；

所述主控模块，分别与所述压力采集单元、所述温度表连接，用于处理所述压力采样电压得到所述目标压力信号；还用于接收所述目标温度信号，基于HART协议将所述目标压力信号和所述目标温度信号调制为正弦波信号；

所述电压-电流转换单元，连接在所述主控模块与所述控制系统之间，用于将所述正弦波信号回传至所述控制系统。

2.如权利要求1所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述主控模块包括第一主控单元，分别与所述温度表、所述压力采集单元连接，用于计算所述压力采样电压对应的第一电流，将所述第一电流值对应的数字信号作为所述目标压力信号；还用于接收所述目标压力信号，生成携带有所述目标压力信号和所述目标温度信号的控制信号。

3.如权利要求2所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述主控模块还包括HART调制解调器，分别与所述第一主控单元、所述电压-电流转换单元连接，用于响应所述控制信号，生成所述正弦波信号。

4.如权利要求2所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括数模转换单元和信号切换单元；

所述数模转换单元，分别与所述第一主控单元、所述电压-电流转换单元连接，用于将所述目标压力信号或所述目标温度信号进行数模转换，得到模拟电压信号，以通过所述电压-电流转换单元将所述模拟电压信号转换为4～20mA的电流信号回传至所述控制系统；

所述信号切换单元，与所述第一主控单元连接，用于切换所述第一主控单元传输至所述数模转换单元的待传输信号，所述待传输信号为所述目标压力信号或所述目标温度信号。

5.如权利要求2所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括第一低压差线性稳压器，分别与所述控制系统、所述电压-电流转换单元连接，用于对所述控制系统输出的电压进行稳压转换，以输出第一压降电压，基于所述第一压降电压为所述电压-电流转换单元供电。

6.如权利要求5所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括第二低压差线性稳压器和第三低压差线性稳压器；

其中，所述第二低压差线性稳压器的输入端连接所述电压-电流转换单元的输出端，所述控制系统的输出端连接所述第一低压差线性稳压器的输入端，所述第一低压差线性稳压器的输出端连接所述电压-电流转换单元的输入端，所述控制系统的输入端连接所述第二低压差线性稳压器的输出端，形成闭环链路；

所述第二低压差线性稳压器的两个输出端分别连接所述第三低压差线性稳压器、所述温度表，一输出端输出的钳位电压用于为所述温度表供电，另一输出端输出第二压降电压为所述第三低压差线性稳压器供电；

所述第三低压差线性稳压器用于对所述第二压降电压进行稳压转换，输出第三压降电压。

7.如权利要求6所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括第一通信单元，所述温度表还包括第二通信单元，所述第一通信单元分别与所述主控模块连接、第二通信单元连接，所述第一通信单元和所述第二通信单元用于建立所述温度表和所述压力变送器之间的串行通信，基于所述第三压降电压为所述第一通信单元供电。

8.如权利要求7所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述温度表还包括温度采集单元、第二主控单元和供电单元，所述第二主控单元分别与所述温度采集单元、所述第二通信单元连接，所述供电单元分别与所述温度采集单元、所述第二主控单元、所述第二通信单元连接；

其中，所述温度采集单元用于采集管道内传输介质的温度信号，将所述温度信号进行模数转换，确定温度采样电压；

所述第二主控单元用于计算所述温度采样电压对应的第二电流，将所述第二电流对应的数字信号作为所述目标温度信号；

所述供电单元，用于调节所述钳位电压，输出调节后的所述钳位电压为所述温度采集单元、所述第二主控单元和所述第二通信单元供电。

9.如权利要求8所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述压力变送器还包括电平转换单元，分别与所述第一主控单元、所述第一串行通信单元连接，用于对所述目标温度信号进行电平转换，使所述第一主控单元模块和所述第二主控单元建立通信。

10.如权利要求6所述的温压一体化变送器，其特征在于，所述第二低压差线性稳压器包括电源基准芯片、第一电阻、所述第二电阻、运算放大器、第三电阻和MOS管；

其中，所述第一电阻的一端接所述电源基准芯片的输入端，另一端接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接所述电源基准芯片的输出端；

所述运算放大器的反向输入端连接于所述第一电阻、所述第二电阻之间，输出端连接所述MOS管的栅极，正电源电压连接所述第三电阻的一端，负电源电压连接所述MOS管的源极，所述第三电阻的另一端连接所述MOS管的漏极。