CN202928712U

CN202928712U - 一种全功能温度变送器

Info

Publication number: CN202928712U
Application number: CN201220376274.7U
Authority: CN
Inventors: 张平; 谢翔; 朱爱松
Original assignee: BEIJING WISDOM XINYI TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING WISDOM XINYI TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-07-30

Abstract

本实用新型公开了一种全功能温度变送器。它包括前端输入电路、切换电路和模数采样电路，其中前端输入电路连接热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻或四线制热电阻中的一种或多种；切换电路一方面连接前端输入电路，另一方面连接模数采样电路，模数采样电路连接微控制器。通过对切换电路的不同模式配置，可以实现热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻、四线制热电阻四种工作状态的切换。该全功能温度变送器统一了同类产品的硬件实现方式，增加了产品的功能，也扩大了产品的应用范围。

Description

一种全功能温度变送器

技术领域

本实用新型涉及一种温度变送器，尤其涉及一种内置切换电路，可以实现热电偶与热电阻之间、热电阻不同线制之间切换的全功能温度变送器，属于工业自动化仪表技术领域。

背景技术

变送器（transmitter）是将所感知的物理量、化学量等信息按一定规律转换成标准信号，从而便于测量和传输的传感装置。它是信号变换器与传感器整合为一体的产物，也是工业自动化仪表的重要组成部分。

温度变送器是目前最常用的变送器品种之一。根据所测温度范围的不同，温度变送器分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。它们分别采用热电偶或者热电阻作为前段输入，通过AD采样后转换成相应的温度信号。在现有技术中，常用的温度变送器基本为单偶单阻型，即采用一种类型的传感器（热电偶或者热电阻）作为前段输入。其中，对于采用热电阻作为前段输入的温度变送器，又包括二线制、三线制、四线制三种类型。通常情况下，一种温度变送器只能采用热电偶或者热电阻的一种连接方式。

在申请号为00112127.8的中国发明专利申请中，提出了一种工频交流量的测量方法及其测量前端。该测量前端通过模式“命令”进行测量线路制式的配置，用户可以完全根据其实际线路情况按照顺序依次接入CT和PT测点，而不管其制式如何，然后通过“命令”将具体的线路制式及所连接的通道号告诉前端，前端提供的CT、PT通道可由用户任意配置使用。该测量前端可以最大限度地节省用户投资，用户不必为自己不同的测量要求选择多种型号的仪器，也不必因为测量要求或线制的改变而浪费前端提供的测点。但是，该技术方案中并没有针对温度变送器的具体设计。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全功能温度变送器（简称温度变送器）。该温度变送器内置切换电路，可以实现热电偶与热电阻之间、热电阻不同线制之间的自动切换。

为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种全功能温度变送器，包括前端输入电路、切换电路和模数采样电路，其特征在于：

所述前端输入电路连接热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻或四线制热电阻中的一种或多种；

所述切换电路一方面连接所述前端输入电路，另一方面连接所述模数采样电路，所述模数采样电路连接微控制器。

其中较优地，所述切换电路由选择器芯片组成；所述模数采样电路由模数转换器芯片组成。

其中较优地，所述切换电路包括两个74HC4052芯片，其中一个74HC4052芯片用于完成所述前端输入电路的各端口之间互相连接的切换，另一个74HC4052芯片用于完成所述模数转换器芯片的参考输入源的选择。

其中较优地，在热电偶工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝0，外部接线方法是第二端口、第一端口分别连接热电偶的正、负端，第三端口、第四端口悬空。

其中较优地，在二线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝1，外部接线方法是第三端口和第四端口连通，第一端口和第二端口连通，热电阻连接在第二端口和第三端口之间，第一端口、第四端口悬空。

其中较优地，在三线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝0，外部接线方法是第三端口和第四端口被短接，热电阻连接在第二端口和第三端口之间，第一端口、第二端口接热电阻双线的一端，第三端口接热电阻单线的一端。

其中较优地，在四线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝1，外部接线方法是第四端口、第三端口接热电阻一端，第二端口、第一端口接热电阻另一端。

本实用新型所提供的全功能温度变送器中内置切换电路。利用此切换电路，通过MCU对切换电路的不同模式配置，可以实现热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻、四线制热电阻四种工作状态的切换。该全功能温度变送器统一了同类产品的硬件实现方式，增加了产品的功能，也扩大了产品的应用范围。

附图说明

图1为本实用新型所提供的温度变送器的逻辑框图；

图2为本实用新型的一个实施例中，所使用的74HC4052芯片的逻辑功能框图；

图3为热电偶工作模式下，切换电路的连接状态框图；

图4为二线制热电阻工作模式下，切换电路的连接状态框图；

图5为三线制热电阻工作模式下，切换电路的连接状态框图；

图6为四线制热电阻工作模式下，切换电路的连接状态框图。

具体实施方式

图1为本实用新型所提供的温度变送器的逻辑框图。该温度变送器包括前端输入电路、切换电路、模数（AD）采样电路和MCU（微控制器）。其中，前端输入电路连接热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻或四线制热电阻中的一种或多种。该前端输入电路连接切换电路，切换电路连接AD采样电路，并通过AD采样电路连接MCU。该MCU通过对切换电路不同模式的选择和控制，实现热电偶/热电阻的切换，以及热电阻不同线制的切换。下面对此展开详细具体的说明。

在本温度变送器中，切换电路由选择器芯片组成，AD采样电路由模数转换器芯片组成。该选择器芯片可以选用74HC4052、MAX4618或HCF4052等具有类似功能的集成电路芯片，模数转换器芯片可以选用AD7705、AD7706或AD7714等具有类似功能的集成电路芯片。相应地，MCU可以选用68HC05、68HC08或68HC11等具有类似功能的集成电路芯片。

在本温度变送器的一个实施例中，选择器采用两个74HC4052芯片，模数转换器采用一个AD7705芯片。图2为74HC4052芯片的逻辑功能框图。该芯片是一个双路选择器，其通过端口9、端口10控制端口3与端口1、5、2、4，端口13与端口12、14、15、11的连通状态。具体连通状态如表1所示。

端口9

端口10

连通状态

[0027]

0	0	端口3连端口1，端口13连端口12
			0	1	端口3连端口5，端口13连端口14
1	0	端口3连端口2，端口13连端口15
			1	1	端口3连端口4，端口13连端口11

表1 74HC4052逻辑功能表

利用具有双路选择功能的两个74HC4052芯片组成的切换电路，自动切换AD7705芯片的两路模拟测量的输入与AD7705芯片的参考输入源，可以实现热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻、四线制热电阻四种工作模式的切换。具体地说，其中一个74HC4052芯片用于完成前端输入电路的端口J1、J2、J3和J4之间互相连接的切换，另一个74HC4052芯片用于完成AD7705芯片的参考输入源的选择。在前端输入电路的端口J1、J2、J3和J4上连接不同的热电偶和热电阻，通过配置两个74HC4052芯片的电路工作状态，改变这四个端口J1、J2、J3和J4与AD7705芯片两路输入的连接状态和参考输入源，可以实现热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻、四线制热电阻四种工作模式的自动切换。

74HC4052芯片的电路工作状态与工作模式对照关系如表2所示：

MODE0	MODE1	电路工作状态
			0	0	热电偶工作模式
0	1	两线制热电阻工作模式
			1	0	三线制热电阻工作模式
1	1	四线制热电阻工作模式

表2电路工作状态与工作模式对照关系

下面对温度变送器四种工作模式的实现过程进行具体说明。

在热电偶工作模式下，热电偶及1、2、3、4四个端口与AD7705芯片的模拟采样输入连线如图3所示。74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝0，其外部接线方法是端口2、端口1分别连接热电偶的正、负端，端口3、端口4悬空。通过74HC4052芯片的切换，端口1和端口4连通。此时热电偶的电压信号通过AIN1(-)和AIN2(-)差分输入，对1K采样电阻上的具有温度传感功能的三端恒流源LM234电流进行采样，进而感知冷端的环境温度。冷补电阻上的分压通过AIN2(+)和AIN2(-)差分输入，此时的基准电压为2.5V。

在二线制热电阻工作模式下，热电阻及1、2、3、4四个端口与AD7705芯片的模拟采样输入连线方式如图4所示。74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝1，其外部接线方法是端口3和端口4连通，端口1和端口2连通，热电阻连接在端口2和端口3之间，端口1、端口4悬空。基准电压采用恒流电路中6.25K电阻上的分压值，热电阻的电压信号通过AIN1(+)和AIN1(-)差分输入。

在三线制热电阻工作模式下，热电阻及1、2、3、4四个端口与AD7705芯片的模拟采样输入连线方式如图5所示。74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝0，其外部接线方法是端口3和端口4被短接，热电阻连接在端口2和端口3之间，端口1、端口2接热电阻双线的一端，端口3接热电阻单线的一端。基准电压采用恒流电路中6.25K电阻上的分压值。此时，热电阻上分得的电压信号通过AIN1(＋)和AIN1(-)差分输入，线阻补偿电压通过AIN1(-)和AIN2(-)差分输入。

在四线制热电阻工作模式下，热电阻及1、2、3、4四个端口与AD7705芯片的模拟采样输入连线方式如图6所示。74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝1，其外部接线方法是端口4、端口3接热电阻一端，端口2、端口1接热电阻另一端。这样，热电阻连接在端口2和端口3之间。通过74HC4052芯片的工作模式切换，1、2、3、4四个端口互相不连通。基准电压采用恒流电路中6.25K电阻上的分压值，热电阻上的电压信号通过AIN1(＋)和AIN1(-)差分输入。

本实用新型所提供的温度变送器可以实现热电偶与热电阻之间、热电阻不同线制之间的自动切换，进而实现具有热电偶、二线制热电阻、三线制热电阻、四线制热电阻四种工作模式的全功能温度变送器。该全功能温度变送器统一了同类产品的硬件实现方式，增加了产品的功能，也扩大了产品的应用范围。

以上是对本实用新型所提供的全功能温度变送器的详细说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种全功能温度变送器，包括前端输入电路、切换电路和模数采样电路，其特征在于：

2.如权利要求1所述的全功能温度变送器，其特征在于：

所述切换电路由选择器芯片组成。

3.如权利要求1所述的全功能温度变送器，其特征在于：

所述模数采样电路由模数转换器芯片组成。

4.如权利要求2或3所述的全功能温度变送器，其特征在于：

所述切换电路包括两个74HC4052芯片，其中一个74HC4052芯片用于完成所述前端输入电路的各端口之间互相连接的切换，另一个74HC4052芯片用于完成所述模数转换器芯片的参考输入源的选择。

5.如权利要求4所述的全功能温度变送器，其特征在于：

在热电偶工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝0，外部接线方法是第二端口、第一端口分别连接热电偶的正、负端，第三端口、第四端口悬空。

6.如权利要求4所述的全功能温度变送器，其特征在于：

在二线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝0、MODE1＝1，外部接线方法是第三端口和第四端口连通，第一端口和第二端口连通，热电阻连接在第二端口和第三端口之间，第一端口、第四端口悬空。

7.如权利要求4所述的全功能温度变送器，其特征在于：

在三线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝0，外部接线方法是第三端口和第四端口被短接，热电阻连接在第二端口和第三端口之间，第一端口、第二端口接热电阻双线的一端，第三端口接热电阻单线的一端。

8.如权利要求4所述的全功能温度变送器，其特征在于：

在四线制热电阻工作模式下，74HC4052芯片的模式配置为MODE0＝1、MODE1＝1，外部接线方法是第四端口、第三端口接热电阻一端，第二端口、第一端口接热电阻另一端。