CN211264451U - 基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于4‑20mA电流环的压力变送器采集传送系统，涉及压力变送器领域，该系统包括设置在密封管道内且内置绝对压力传感器的压力变送器、以及设置在密封管道外大气环境中且内置绝对气压计的调节器，压力变送器和调节器串联于4‑20mA电流环路上，4‑20mA电流环路作为压力变送器和调节器之间唯一的供电设施和通信媒介，无需外接供电设施，通过压力变送器和调节器的协调工作即能实现对变送器的动态实时修正，电路结构简单、自动化程度高、采集数据更准确。

Description

基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统

技术领域

本实用新型涉及压力变送器领域，尤其是一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统。

背景技术

在某些工业监测环境(比如封闭的输气管道或输油管道)中，压力传感器/变送器也被放置在被其检测的环境中，变送器的作用就是要将密封管道里面相对于大气压的表压(Gauge Pressure)值传递出来。由于大气压并非固定，随时间或其它外界环境的变化而变化，变送器的某些参数也需要随着改变，才能反映真实的测量值，这种追随大气压变化的调整称为“调零”。目前通常依靠人工定期去当地测量并修改变送器的相关参数，不但耗时耗力的，而且并不能实现动态的实时修正。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统，本实用新型的技术方案如下：

一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统，其特征在于，系统包括：4-20mA电流环路、中心站以及设置在采集现场的压力变送器和调节器；压力变送器设置在密封管道内，压力变送器包括封装在管壳内部的第一电源管理芯片、第一信号处理芯片、第一调制解调芯片、绝对压力传感器、电压控制电流源、第一电容和第二电容，压力变送器的第一端连接第一电源管理芯片，压力变送器的第一端还通过第一电容连接第一调制解调芯片，第一电源管理芯片还分别连接第一信号处理芯片、第一调制解调芯片、绝对压力传感器和电压控制电流源，第一信号处理芯片连接第一调制解调芯片和绝对压力传感器，第一调制解调芯片通过第二电容连接电压控制电流源，电压控制电流源连接压力变送器的第二端；

调节器设置在密封管道外，调节器包括第二信号处理芯片、绝对气压计、第二电源管理芯片、第二调制解调芯片、稳压管、采样电阻、第三电容和第四电容，调节器的第一端连接第二电源管理芯片和稳压管的阴极，稳压管的阳极通过采样电阻连接调节器的第二端；第二电源管理芯片还连接第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片，第二电源管理芯片、第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片的接地端均相连并连接稳压管的阳极；第二信号处理芯片分别连接绝对气压计和第二调制解调芯片，第二调制解调芯片分别通过第三电容和第四电容连接调节器的第二端；

调节器的第一端连接4-20mA电流环路的正相线缆的第一端，调节器的第二端连接压力变送器的第一端，压力变送器的第二端连接4-20mA电流环路的负相线缆的第一端，4-20mA电流环路正相线缆的第二端和负相线缆的第二端均连接中心站。

其进一步的技术方案为，压力变送器的管壳内部还封装有表压传感器，在压力变送器的管壳内部，表压传感器连接信号处理芯片和电源管理芯片。

其进一步的技术方案为，4-20mA电流环路的正相线缆的第一端预留正极接线端子，压力变送器的第一端预留负极接线端子；当调节器接入4-20mA电流环路时，调节器的第一端连接正极接线端子、第二端连接负极接线端子；当调节器未接入4-20mA电流环路时，正极接线端子和负极接线端子之间通过导线短接。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统，该系统包括设置在密封管道内且内置绝对压力传感器的压力变送器、以及设置在密封管道外大气环境中且内置绝对气压计的调节器，压力变送器和调节器串联于4-20mA电流环路上，4-20mA电流环路作为压力变送器和调节器之间唯一的供电设施和通信媒介，无需外接供电设施，压力变送器即能自动根据调节器进行动态的实时修正，电路结构简单、自动化程度高、采集数据更准确。

附图说明

图1是本申请中压力变送器采集传送系统的电路结构图。

图2是压力变送器的电路结构图。

图3是调节器的电路结构图。

图4是本申请中压力变送器采集传送系统的另一种实现电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统，请参考图1，该系统包括：中心站1、4-20mA电流环路2以及设置在采集现场的压力变送器3和调节器4。压力变送器3设置在密封管道内，压力变送器3内置绝对压力传感器。调节器4设置在密封管道外大气环境中，调节器4内置绝对气压计。调节器4的第一端41连接4-20mA电流环路2的正相线缆的第一端，调节器4的第二端42连接压力变送器3的第一端31，压力变送器3的第二端32连接4-20mA电流环路2的负相线缆的第一端，4-20mA电流环路2正相线缆的第二端和负相线缆的第二端均连接中心站1。

如图2所示，压力变送器3包括封装在管壳内部的电源管理芯片、信号处理芯片、调制解调芯片、绝对压力传感器、电压控制电流源(VCCS，Voltage Controlled CurrentSource)、第一电容C1和第二电容C2。压力变送器3的第一端31连接第一电源管理芯片，压力变送器3的第一端31还通过第一电容C1连接第一调制解调芯片，第一电源管理芯片还分别连接第一信号处理芯片、第一调制解调芯片、绝对压力传感器和电压控制电流源，第一信号处理芯片连接第一调制解调芯片和绝对压力传感器，第一调制解调芯片通过第二电容C2连接电压控制电流源，电压控制电流源连接压力变送器3的第二端32。

调节器4包括第二信号处理芯片、绝对气压计、第二电源管理芯片、第二调制解调芯片、稳压管D1、采样电阻R1、第三电容C3和第四电容C4，调节器4的第一端41连接第二电源管理芯片和稳压管D1的阴极，稳压管D1的阳极通过采样电阻R1连接调节器4的第二端42。第二电源管理芯片还连接第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片，第二电源管理芯片、第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片的接地端均相连并连接稳压管D1的阳极。第二信号处理芯片分别连接绝对气压计和第二调制解调芯片，第二调制解调芯片分别通过第三电容C3和第四电容C4连接调节器的第二端。

压力变送器3和调节器4中用到的各类芯片均可以采用市售芯片模组实现，本申请不详细限制其型号。基于上述电路结构，压力变送器3和调节器4均可以从4-20mA电流环路2上获取供电，且压力变送器3和调节器4可以通过调制解调技术利用4-20mA电流环路2进行通信。因此在本申请中，压力变送器3和调节器4串联于4-20mA电流环路2上，且4-20mA电流环路2是压力变送器3和调节器4之间唯一的供电设施和通信媒介。由于压力变送器3被放置于密封管道内，其周围并非大气压，因此压力变送器3内部的绝对压力传感器测得的是密封管道内的绝对气压P_A1。而调节器4设置在密封管道外、置于大气压环境中，因此采用绝对气压计实现的调节器4测得的是周围大气压的绝对气压P_A2。调节器4会采集到周围大气压的绝对气压P_A2并通过4-20mA电流环路2传送给压力变送器3，压力变送器3根据内置的绝对压力传感器测得的密封管道内的绝对气压P_A1和周围大气压的绝对气压P_A2即能得到周围大气压的表压值P_G＝P_A1-P_A2，然后通过4-20mA电流环路2将大气压的表压值P_G传送给中心站1，这样，P_G就是随着大气压(P_A2)的变化而随时做出调整的，从而可以实时调零。

需要说明的是，本申请重点在于请求并公开上述图1-3的电路结构，通过密封管道内压力变送器和密封管道外的调节器的协调工作实现动态修正的结构，而上述电路结构中的各部分器件都是现有常规器件，因此本领域技术人员基于上述电路结构可以根据实际需要对器件进行自行配置从而实现上述功能，上述根据P_A1和P_A2得到P_G所涉及的参数计算方式属于本领域技术人员完全可以根据实际情况和公知常识所做出的配置，因此本申请不涉及对计算机程序的修改。

另外，当密封管道内的气压很大(比如大于50bar)时，一般绝对压力传感器的量程无法满足，则压力变送器3采用双传感器配置，除了内置绝对压力传感器之外还设置表压传感器，绝对压力传感器和表压传感器均封装在压力变送器3的管壳内部。表压传感器可以承受非常大的气压，测量的是相对于密封管道内的绝对气压的表压值，绝对压力传感器检测的是压力变送器3的管壳内部的绝对气压，是压力变送器3在制造时灌封后残留在管壳内部的气压，通常和标准大气压相接近。图2中未示出，表压传感器的连接方式与绝对压力传感器相同，表压传感器连接信号处理芯片和电源管理芯片，第一信号处理芯片通过绝对压力传感器和表压传感器进行采集和处理，两个气压值相加即能得到密封管道内的绝对气压P_A1。

调节器4可以一直串联在4-20mA电流环路2中实现实时动态调零，但当系统对实时性要求不是很高时，调节器4可以作为一个手持设备由人工带去采集现场接入系统中做定期调零，则4-20mA电流环路2的正相线缆的第一端预留正极接线端子K1，压力变送器3的第一端预留负极接线端子K2。在无需调零时，调节器4不接入4-20mA电流环路2，正极接线端子K1和负极接线端子K2之间通过导线5短接。当需要调零时，调节器4的第一端41连接正极接线端子K1、第二端42连接负极接线端子K2。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于4-20mA电流环的压力变送器采集传送系统，其特征在于，所述系统包括：4-20mA电流环路、中心站以及设置在采集现场的压力变送器和调节器；所述压力变送器设置在密封管道内，所述压力变送器包括封装在管壳内部的第一电源管理芯片、第一信号处理芯片、第一调制解调芯片、绝对压力传感器、电压控制电流源、第一电容和第二电容，所述压力变送器的第一端连接所述第一电源管理芯片，所述压力变送器的第一端还通过所述第一电容连接所述第一调制解调芯片，所述第一电源管理芯片还分别连接所述第一信号处理芯片、第一调制解调芯片、绝对压力传感器和电压控制电流源，所述第一信号处理芯片连接所述第一调制解调芯片和所述绝对压力传感器，所述第一调制解调芯片通过所述第二电容连接所述电压控制电流源，所述电压控制电流源连接所述压力变送器的第二端；

所述调节器设置在所述密封管道外，所述调节器包括第二信号处理芯片、绝对气压计、第二电源管理芯片、第二调制解调芯片、稳压管、采样电阻、第三电容和第四电容，所述调节器的第一端连接所述第二电源管理芯片和所述稳压管的阴极，所述稳压管的阳极通过所述采样电阻连接所述调节器的第二端；所述第二电源管理芯片还连接所述第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片，所述第二电源管理芯片、第二信号处理芯片、绝对气压计和第二调制解调芯片的接地端均相连并连接所述稳压管的阳极；所述第二信号处理芯片分别连接所述绝对气压计和第二调制解调芯片，所述第二调制解调芯片分别通过所述第三电容和第四电容连接所述调节器的第二端；

所述调节器的第一端连接所述4-20mA电流环路的正相线缆的第一端，所述调节器的第二端连接所述压力变送器的第一端，所述压力变送器的第二端连接所述4-20mA电流环路的负相线缆的第一端，所述4-20mA电流环路正相线缆的第二端和负相线缆的第二端均连接所述中心站。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力变送器的管壳内部还封装有表压传感器，在所述压力变送器的管壳内部，所述表压传感器连接所述信号处理芯片和所述电源管理芯片。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述4-20mA电流环路的正相线缆的第一端预留正极接线端子，所述压力变送器的第一端预留负极接线端子；当所述调节器接入所述4-20mA电流环路时，所述调节器的第一端连接所述正极接线端子、第二端连接所述负极接线端子；当所述调节器未接入所述4-20mA电流环路时，所述正极接线端子和所述负极接线端子之间通过导线短接。

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