CN2106365U - 通用型多通道温度变送器 - Google Patents

Abstract

一种通用型多通道温度变送器，采用单片计算机 控制，具有多个独立的输入，输出通道，设有串行数据 输出接口。它适用于II、III型仪表标准，可使用各种 分度号的热电偶、热电阻或毫伏信号。用户只需将各 通道的使用条件置入本实用新型，即可使其投入运 行。本实用新型设有LED显示器，既可显示各通道 的运行情况，也可显示调试数据。本实用新型调整时 零点或量程相互之间没有影响，线性良好且无须调 整。本实用新型有220V·AC和24V·DC两个供 电输入口。

Description

本实用新型属于仪表领域，尤其涉及热工检测仪表的一种通用型多通道温度变送器。

目前，在我国工业生产中使用的DDZⅡ、DDZⅢ型电动单元组合仪表中，温度变送器作为温度－电信号的转换装置被广泛使用。DDZⅢ型温度变送器作为DDZⅡ型温度变送器的改进型，增加了非线性校正环节，并将其输出电流由0～10mA改为4～20mA，因而使得这二种型号的温度变送器不能互换。在DDZⅢ型温度变送器中，其非线性校正是采用电子线路来实现的。然而由于折线化段数有限（4段），使得线性化效果不佳，并且采用这种线性化的方式使得对于不同分度号的热电偶，必须使用不同型号的温度变送器。另外，在DDZⅡ、DDZⅢ型温度变送器中，其冷端补偿均采用两点跟踪式，只在二个特定点才具有较理想的补偿效果。并且，这二种系列的产品都是单通道的，一台仪表只能检测一个点的温度。此外，它们都不具备数字输出的功能。由于它们的零点和量程会相互影响，因而调节时必须反复进行。

在生产实际中，往往是多点测量。并且由于仪表的换型，造成在一个工厂内同时存在Ⅱ型及Ⅲ型仪表，而现场使用的热电偶也通常具有各种分度号。由于仪表的互换性差，使得用户的备品种类繁多，当应用于数控系统时，由于现有仪表不具备数字输出功能，使得用户必须采用模拟量传输信号。因而现有的温度变送器存在线性化效果不佳、互换性差、无数字传输功能以及使用时调试不方便等缺点。

本实用新型的目的就是向用户提供一种既能用于Ⅱ型标准，又能用于Ⅲ型标准，能适用各种分度号的热电偶，而且具有多个独立的通道，能提供串行数据输出，并且调试方便的温度变送器产品。

本实用新型采用多路模拟输入一公用数字处理一多路模拟输出的基本结构，由输入放大器、多路－1路模拟开关、A／D（D／A）转换器、微计算机、显示器、预置电路、1路－多路模拟开关、采样保持器、V／I转换器以及工作电源组成。多路输入放大器的各路之间相互独立，在其各自的输入回路中，均串接一个供调节零点用的电阻电桥，每路输入放大器均有一个放大倍数调节电位器供调节量程。此外，另设一路输入放大器供冷端温度传感器使用，以便通过软件进行冷端补偿。各输入放大器的输入端接热电偶或热电阻或毫伏信号（或冷端温度传感器），其输出端的多个接点均接到多路－1路模拟开关的输入端，多路－1路模拟开关的输出端与A／D（D／A）转换器相接。A／D（D／A）转换器将各输入放大器送来的信号依次进行转换并送入计算机进行数据处理，处理后的数据再由计算机依次送入A／D（D／A）转换器进行D／A转换，变换成相应的模拟信号输出。A／D（D／A）转换器的模拟输出端接1路－多路模拟开关的输入端，而1路－多路模拟开关输出端的多个接点分别与各采样保持器相接，采样保持器、V／I转换器是多路独立的结构。各采样保持器将1路－多路模拟开关送来的分时模拟信号保持成连续信号，其输出端接相应V／I转换器的输入端，由V／I转换器将其变换成相应的直流毫安信号输出。

微计算机部分完成对变送器各部分之间的协调控制及数据处理。根据用户从预置电路置入的各通道的初始化信息，在软件的支持下，对输入／输出通道分时进行输入／输出控制，对各通道输入的热电偶信号进行转换，并进行冷端补偿及非线性处理、表型处理、上下限处理和分度号的处理，提供模拟输出信号及串行数据输出。计算机部分包括单片机、EPROM、RAM及I／O接口。上述的多路－1路及1路－多路模拟开关的控制，A／D（D／A）转换的控制，显示器、预置电路、采样保持器的控制以及串行数据的输出等，都由计算机完成。其控制线、数据线均与计算机的I／O线相接。

电源是一个可以由220V·AC供电，又可以由24V·DC供电的电源，以便适应Ⅱ型或Ⅲ型仪表的要求。它由整流滤波电路以及DC／DC变换器组成。整流滤波电路将220V·AC转换成24V·DC，再由DC／DC变换器将24V·DC电压转换成变送器所需的各种工作电压和基准电压。以及V／I转换器的调制脉冲。外部输入的24V·DC电压则直接送入DC／DC变换器变换。

本实用新型的特点是具有通用性和多通道。只要用户对其进行初始化编程后，既可以当作多台Ⅱ型仪表使用，又可以当作多台Ⅲ型仪表使用，还可以同时满足Ⅱ型和Ⅲ型仪表的使用要求，并且可满足各种分度号的Ⅲ型仪表的使用需要。同时，调零点及调量程互不干扰。借助于显示器以及软件的支持，还具有调试操作简单的特点。除了能提供多路模拟输出外，还能提供串行数据输出。

附图1：为本实用新型的原理框图

附图2：为本实用新型输入放大器原理图（其中一路）

附图3：为本实用新型热电阻输入时的接线图（其中一路）

附图4：为本实用新型的V／I转换器的原理图（其中一路）

附图5：为本实用新型显示器、予置电路的原理图

附图6：为本实用新型电源原理图

附图7：为本实用新型结构示意图

以下结合附图详细说明本实用新型的实施例：（本实施例具有4个通道）

如附图1，输入回路中包含5路在结构上对称且相互独立的输入放大器。各路放大器具有多个输入端，按其使用的传感器是热电偶或热电阻或毫伏不同，具有不同的接线方式。各路放大器的输出端接至5路－1路模拟开关的输入端。5路－1路模拟转换开关是由CD4051构成，其输入端接至输入放大器，输出端接A／D（D／A）转换器。其控制线接计算机的I／O线，A／D（D／A）转换器为多路分时共用，A／D（D／A）功能分时共用的。它由D／A转换电路、比较电路、放大电路组成。A／D（D／A）转换器的模拟输入端接5路－1路模拟转换开关的输出端。其模拟输出端接到1路－4路模拟转换开关的输入端。其数据线和控制线接计算机的I／O线。比较电路的输出端接计算机的外部中断申请端。A／D（D／A）转换器进行A／D转换是在软件的支持下通过逐次比较实现的。计算机根据是进行A／D转换还是D／A转换来决定是否对比较器的中断申请信号进行开放。1路－4路模拟开关由CD4052组成。输入端接A／D（D／A）转换器，输出端分别接至各路采样保持器和V／I转换器的输入端。其控制线接计算机的I／O线。采样保持器、V／I转换器各有4路，各路的结构相同且相互独立。采样保持器的输入端分别接自1路－4路模拟转换开关的输出端，而其输出端接至各自的V／I转换器。由V／I转换器将各采样保持器上保持的电压变换成电流输出。计算机由8031单片机及EPROM2716、RAM5101，掉电保护电路，扩展I／O接口等组成，其I／O线除提供上述各方面使用外，还作为预置电路及显示器的接口。串行输出口使用了8031本身具备的串行口。在显示器及预置电路中，显示器使用了4位LED数码管进行显示，预置电路只使用3个按键，由软件支持完成对本实用新型的初始化编程。电源用以提供本变送器的各种工作电压、各种基准电压及V／I转换器的调制脉冲。

如附图2：输入放大器由输入端子〔1～6〕、调零电桥〔7〕、放大器〔8〕及开关〔9〕组成。调零电桥〔7〕由电阻R1～R4及调零电位器W1组成；电阻R1的一端分别与电阻R2、开关〔9〕的一端相接；其另一端与输入端〔3〕相接；电阻R2的另一端与电阻R3相接；开关〔9〕的另一端与输入端〔1〕及IC1的同相输入端相连；电阻R4的一端与输入端〔4〕相连，其另一端与调零电位器W1及输入端〔5〕相连；调零电位器W1的另一端则与电阻R3的另一端以及IC2的同相输入端相连；调零电桥〔7〕串接于放大器〔8〕的输入回路中，桥路中的节点〔10〕用于取出断偶信号，节点〔11〕为基准电压的地，而输入端〔6〕则与基准电压的正端相接，放大器〔8〕由运放IC1、IC2、IC3组成差动输入单端输出放大器（运放采用LM324），其放大倍数由连接于IC1和IC2反相输入端之间的电位器W2调整。放大器的输出端〔12〕接多路－1路模拟开关。

输入端〔1～6〕与不同的传感器相连时其接线形式也有不同。当热电偶及毫伏输入时，其正、负极分别与输入端〔1〕、〔2〕相接，输入端〔3〕、〔4〕短接，输入端〔5〕、〔6〕短接；当为热电阻输入时，其接法如附图3，输入端〔1〕、〔2〕短接，输入端〔4〕悬空，输入端〔3〕、〔5〕接热电阻Rt，输入端〔6〕接馈线补偿电阻Lt。开关〔9〕用于断偶报警控制，合上时“向上”报警，分开时时“向下”报警。

如附图4，V／I转换器由运算放大器〔14〕、晶体三极管〔15〕、脉冲变压器〔16〕、桥式整流电路〔17〕、输出转换器及保护电路〔18〕构成。运放采用LM324芯片，其输入端〔13〕接采样保持器的输出端，其输出端接晶体管的基极，由晶体管进行电流放大。晶体管和脉冲变压器，及其副边的桥式整流电路构成一个调制解调式隔离放大器，由副边的二极管进行检波后产生毫安信号。由〔21〕端输出到负载，然后由〔22〕端返回构成一个完整的回路。〔23〕端与〔24〕端提供模拟电压输出。脉冲变压器的〔19、20〕端接电源的调制脉冲输出端。

如附图5，显示器〔25〕使用了4位LED数码管，预置电路〔26〕使用了3个按键，即状态键〔27〕、加键〔28〕、减键〔29〕。其多个接点接至计算机的I／O线。＋VC来自电源。显示器预置按键提供了人机界面，使用户能针对自己应用情况对本实用新型进行初始化编程，其中包括通道号、传感器分度号、表型号、上限、下限，串行输出波特率。键盘显示器监控程序采用了状态转换方法，由状态键〔27〕选择各种状态，如上述通道号、分度号等等，然后由加键〔28〕或减键〔29〕使数据加或减计数至所要求的值。除上述给出的几种状态外还有运行和调试两种状态。运行状态是在初始化工作已经完成后投入运行的状态，而调试状态为用户提供了一种方便的调试方式。在这种状态下，显示器显示的数据是输入毫伏信号所对应的毫安值，只要某通道的分度号、表型号、上、下限等信息已被置入，则可调节该通道的调零电位器W1使显示为零。再输入一个标准毫伏信号，调节量程电位器W2。使显示为所要求值即可。

如附图6，电源由整流滤波电路〔30〕，DC／DC变换器〔31〕组成。其中整流滤波电路是由降压变压器〔32〕、整流桥〔33〕及滤波电容〔34〕组成。从〔35、36〕两点输入的220V·AC电压，经降压变压器降压，由整流桥整流后经电容〔34〕滤波，得到24V·DC电压。此外，还可以从〔37、38〕二点以〔37〕正、〔38〕负直接输入24V·DC电压。这样便解决了Ⅱ、Ⅲ型两种场合下的供电兼容问题。上述两种途径之一所提供的24V·DC电压。加到DC／DC变换器的输入端。DC／DC变换器将输入的直流电压变换成本实用新型所需的各种工作电压、基准电压和V／I转换器所需的调制脉冲。

如附图7，外壳为〔39〕，打开外壳可见到接线端子区域〔40〕、印刷电路板〔41、42、43〕、变压器〔44〕。接线端子为4层分布，每路用一层，其中包括输入端子、输出端子，对应输入放大器的输入端〔1～6〕，V／I转换器的输出端〔21～24〕，另外在〔45〕位置上有一组分别提供冷端测温电阻Rt电源的接线端子。在〔41〕号印刷板上，包含了输入放大器、A／D（D／A）转换器、采样保持器、V／I转换器电路、在印刷板〔42〕上，包含有8031单片机、EPROM、RAM及掉电保护电路、I／O接口。显示器位于〔46〕位置，预置键位于〔47〕位置。

以下说明本实用新型的使用方法步骤：

1.接通电源；

2.按状态键，使之显示00，表示为“通道号”状态序号，再按加键，使数字显示为00、01、…，直至所要进行初始化的某通道号；

3.按状态键，显示01对应为“分度号”状态序号，再按加键，则显示由00、01、…，依次对应已被定义的分度号。

4.按状态键，使显示02，表示“上限”状态序号，等等，重复上述过程，对选定通道的分度号、上、下限、表型可以都进行置入。

5.上述信息都置入后便可进入调试态（按状态键），该状态序号显示2～4秒钟后自行消失，便可进行调试，调W1使显示为0，然后按分度号输入标准毫伏信号，调W2使显示为所对应的毫安值。

6.按状态键，转入“通道号”状态序号，选择另一通道号进行初始化。直到所有通道进行完毕。

7.按状态键，使之进入“运行”状态序号，该序号显示5秒左右后转入“H”字样表示启动运行。

Claims (4)

1、一种通用型多通道温度变送器，由多个输入放大器、多路-1路模拟开关、A/D(D/A)转换器、1路-多路模拟开关、采样保持器及V/I转换器、计算机、显示器、预置电路以及工作电源构成；输入放大器的多个输出端分别与多路-1路模拟开关输入端的多个接点相接，多路-1路模拟开关的输出端与A/D(D/A)转换器相接，1路-多路模拟开关的输出端与多个采样保持器及V/I转换器的输入端相接；其特征在于：

a).输入回路由多个形式相同且相互独立的输入放大器构成；

b).输出回路由多个形式相同且相互独立的采样保持器及V/I转换器构成；

c).多路-1路模拟开关、1路-多路模拟开关以及A/D(D/A)转换器的转换状态，由计算机控制；其控制线均与计算机的I/O线相连；

d).显示器、预置电路的工作以及串行数据的输出，由计算机控制实现，其控制线、数据线与计算机的I/O线相连；

e).电源由整流滤波电路及DC/DC变换器构成，可用220V.AC或者用24V.DC供电，它为本实用新型提供工作电压、基准电压及V/I调制脉冲。

2、根据权利要求1所述的通用型多通道温度变送器，其特征在于：各输入放大器均由输入端〔1～6〕、调零电桥〔7〕、差分放大器〔8〕构成；其差分放大器〔8〕由IC1、IC2、IC3及电阻构成，调零电桥〔7〕中包含一个调零电位器W1；输入端〔1〕接运放IC1的同相输入端，输入端〔2〕、〔3〕短接后接电阻R1的一端，输入端〔4〕接电阻R4的一端，输入端〔5〕接电阻R4与电位器W1的连接点，电阻R3与电位器W1的连接点接运放IC2的同相输入端，电位器W2分别与IC1和IC2的反相输入端相连。

3、根据权利要求1所述的通用型多通道温度变送器，其特征在于：显示器〔25〕为4位LED数码显示器，预置电路〔26〕采用三个予置键，其分别为状态键〔27〕，加键〔28〕，减键〔29〕，显示器及予置电路的控制、数据线均与计算机的I／O线相连。

4、根据权利要求1所述的通用型多通道温度变送器，其特征在于：电源由整流滤波电路〔30〕及DC／DC变换器〔31〕组成，整流滤波电路的输出端接DC／DC变换器的输入端，DC／DC变换器的输入端还引出二个接线端子〔37、38〕，当由24V·DC供电器，其正极接〔37〕、负极接〔38〕；DC／DC变换器的输出端有多个，为本实用新型提供各种工作电压、基准电压及V／I转换器的调制脉冲。

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