CN211877913U - 一种用于各类气体浓度测量的通用变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于各类气体浓度测量的通用变送器，包括处理器以及分别与所述处理器相连的传感器信号处理单元、显示器、电源模块、模拟信号输出接口、开关量信号输出接口、RS485通信模块和无线通讯模块；所述传感器信号处理单元包括三电极电压信号接口、两电极电压信号接口、第一电路和第二电路；所述三电极电压信号接口和所述两电极电压信号接口分别接收不同传感器输出的模拟电压信号；所述第一电路和所述第二电路分别与所述两电极电压信号接口和所述三电极电压信号接口连接，以对不同的模拟电压信号进行放大、滤波。本实用新型能够满足不同传感器接入需求，配置灵活，输出接口丰富，应用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通用变送器，尤其涉及一种用于各类气体浓度测量的通用变送器。
背景技术
变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源)的转换器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。变送器的种类很多，用在工控仪表上面的变送器主要有气体变送器、温度变送器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等等。
目前，现有气体传感器种类繁多，但也具有如下不足：1、产品参差不齐，集成度不高；2、输出信号单一，难以满足不同场合的接口要求，不同厂家协议格式不同，对外接口难以统一，且接入工作量大；3、只能适用于特定的气体传感器或适用的气体传感器的种类有限。
发明内容
实用新型目的：针对现有的技术存在的上述问题，提供一种用于各类气体浓度测量的通用变送器。
技术方案：本实用新型的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，包括处理器以及分别与所述处理器相连的传感器信号处理单元、显示器、电源模块、模拟信号输出接口、开关量信号输出接口、RS485通信模块和无线通讯模块；所述传感器信号处理单元包括三电极电压信号接口、两电极电压信号接口、第一电路和第二电路；所述两电极电压信号接口和所述三电极电压信号接口分别接收不同传感器输出的模拟电压信号；所述第一电路和所述第二电路分别与所述两电极电压信号接口和所述三电极电压信号接口连接，以分别对不同的模拟电压信号进行放大和滤波。
进一步地，所述两电极电压信号接口具有两个引脚，其中第一引脚为接地端，第二引脚为信号输出端；所述第一电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和滑动变阻器；所述两电极电压信号接口的第二引脚与第一放大器的正输入端相连；所述第一电容的两端分别与所述两电极电压信号接口的第一和第二引脚相连；第一放大器的负输入端和输出端相连；第一放大器的输出端经由第二电阻连接至第二放大器的正输入端；第一电阻的两端分别与接地端和第二放大器的负输入端相连；第三电阻的第一端与第二放大器的负输入端相连，第二端与滑动变阻器的第一端相连，滑动变阻器的滑动端与第二放大器的输出端相连；第二电容的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连；第三电容的两端分别与第二放大器的负输入端和输出端相连；第二放大器的输出端连接至传感器信号处理单元的输出。
进一步地，所述三电极电压信号接口具有三个引脚，其中第一引脚为电压信号输出端，第二引脚为供电端，第三引脚为偏置电压端；所述第二电路包括场效应晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三放大器、第四放大器、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容；所述三电极电压信号接口的第三引脚与所述第四放大器的输出端相连；所述三电极电压信号接口的第二引脚经由第四电阻、第五电阻后连接到第四放大器的负输入端；所述三电极电压信号接口的第一引脚经由所述第六电阻连接至第三放大器的负输入端；第八电阻的第一端与接地端相连，第二端与第三放大器的正输入端相连；第七电阻与第五电容并联且第七电阻的两端分别与第三放大器的负输入端和输出端相连；第十电阻的第一端与接地端相连，第二端与第四放大器的正输入端相连；第九电阻的第一端与第三放大器的输出端相连，第二端连接至所述传感器信号处理单元的输出；场效应晶体管的源极和漏极分别与所述三电极电压信号接口的第二和第一引脚相连，栅极与电源正极相连；第四电容的第一端与第四放大器的输出端相连，第二端与第四电阻和第五电阻的连接点相连；第六电容的第一端与电源负极相连，第二端与接地端相连；第七电容的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连；第八电容的第一端与第九电阻的第二端相连，第二端与接地端相连。
进一步地，所述处理器采用Atmel单片机。
进一步地，所述电源模块支持DC9-32V直流宽电压输入，具有隔离保护功能。
进一步地，所述模拟信号输出接口为4-20mA模拟信号输出接口。
进一步地，所述开关量信号输出接口采用继电器开关信号输出接口。
进一步地，所述RS485通信模块支持标准Modbus-RTU协议，且支持470-510M通信频段无线通信接口。
进一步地，所述显示器为液晶显示器，用于实时显示气体浓度数据。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)针对各类不同气体传感器，提供不同的输入接口，以满足不同传感器接入需求；具体而言，可根据现场实际环境进行不同类型的传感器接入，如SF6、O2、O3、CO、CH4、H2S等气体，配置灵活；
(2)输出接口丰富，支持开关信号、模拟信号及RS485信号及无线通信方式，应用范围广；
(3)通用变送器中的传感器信号处理单元中设置了用于滤波的电容和差分输入的放大器，以保证信号的稳定；
(4)传感器信号处理单元中滑动变阻器的设置能够方便对通过固定电阻设定好的放大倍数进行微调校正。
附图说明
图1是本实用新型用于各类气体浓度测量的通用变送器一个实施例的结构示意图；
图2是本实用新型通用变送器中传感器信号处理单元的第一电路的电路图；
图3是本实用新型通用变送器中传感器信号处理单元的第二电路的电路图。
具体实施方式
以下是结合附图对本实用新型进行详细说明。应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
如图1，本实施例中，用于各类气体浓度测量的通用变送器包括处理器以及分别与所述处理器相连的传感器信号处理单元、显示器、电源模块、模拟信号输出接口、开关量信号输出接口、RS485通信模块和无线通讯模块。
上述通用变送器中，处理器采用Atmel单片机。该单片机接收传感器信号处理单元处理后的传感器信号，并对处理后的各类传感器信号进行快速AD数据采样，进行进一步数据计算分析。例如，处理器采集到数字信号后，对不同传感器的线性度进行计算，如温漂带来的偏移，分析不同传感器数据的变化，如氧气报警阈值为低于18％，SF6气体浓度阈值高于1000ppm。该处理器经配置后将对分析结果进行存储，根据不同现场应用调用显示器、模拟信号输出接口、开关量信号输出接口、RS485通信模块和无线通讯模块以进行数据通信、控制输出和显示等操作。
本实施例中，电源模块的型号为WRA2405S，器支持DC9-32V直流宽电压输入，具有隔离保护功能；模拟信号输出接口为4-20mA模拟信号输出接口；开关量信号输出接口采用继电器开关信号输出接口(常开、常闭、脉冲)；RS485通信模块的型号为TD501D485H，支持标准Modbus-RTU协议，且支持470-510M通信频段无线通信接口；无线通讯模块型号为ASR6501；显示器为液晶显示器，用于实时显示气体浓度数据。
传感器输出信号一般为电压等模拟信号，且传感器的输出接口一般具有常规的两路输出或带偏置电压的三路输出，因此本实用新型的通用变送器的传感器信号处理单元包括三电极电压信号接口、两电极电压信号接口、第一电路和第二电路。其中，两电极电压信号接口和三电极电压信号接口分别接收不同传感器输出的模拟电压信号。第一电路和所述第二电路分别与两电极电压信号接口和三电极电压信号接口连接，以分别对不同模拟电压信号进行放大、滤波。
如图2，两电极电压信号接口具有两个引脚，其中第一引脚为接地端，第二引脚为信号输出端，第一电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一放大器、第二放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和滑动变阻器RS。
两电极电压信号接口的第二引脚与第一放大器的正输入端相连。第一电容C1的两端分别与两电极电压信号接口的第一和第二引脚相连。第一放大器的负输入端和输出端相连。第一放大器的输出端经由第二电阻R2连接至第二放大器的正输入端。第一电阻R1的两端分别与接地端和第二放大器的负输入端相连。第三电阻R3的第一端与第二放大器的负输入端相连，第二端与滑动变阻器RS的第一端相连，滑动变阻器RS的滑动端与第二放大器的输出端相连。第二电容C2的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连。第三电容的两端分别与第二放大器的负输入端和输出端相连。第二放大器的输出端连接至传感器信号处理单元的输出。
在第一电路中，电容C1、C2和C3起滤波作用，用于过滤传感器输出的模拟电压信号中的高频分量。第一和第二放大器的型号为LM2904，该放大器采用差分输入方式以减少外界干扰。电阻R1至R3用于设定放大倍数，滑动变阻器RS用于对设定的放大倍数进行微调校正。
如图3，三电极电压信号接口具有三个引脚，其中第一引脚为电压信号输出端，第二引脚为供电端，第三引脚为偏置电压端。第二电路包括场效应低频管J、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第三放大器、第四放大器、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8。
三电极电压信号接口的第三引脚与第四放大器的输出端相连；三电极电压信号接口的第二引脚经由第四电阻R4、第五电阻R5后连接到第四放大器的负输入端；三电极电压信号接口的第一引脚经由第六电阻R6连接至第三放大器的负输入端；第八电阻R8的第一端与接地端相连，第二端与第三放大器的正输入端相连；第七电阻R7与第五电容C5并联且第七电阻R7的两端分别与第三放大器的负输入端和输出端相连；第十电阻R10的第一端与接地端相连，第二端与第四放大器的正输入端相连；第九电阻R9的第一端与第三放大器的输出端相连，第二端连接至传感器信号处理单元的输出；场效应晶体管J的源极和漏极分别与三电极电压信号接口的第二和第一引脚相连，栅极与电源正极相连；第四电容C4的第一端与第四放大器的输出端相连，第二端与第四电阻R4和第五电阻R5的连接点相连；第六电容C6的第一端与电源负极相连，第二端与接地端相连；第七电容C7的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连；第八电容C8的第一端与第九电阻R9的第二端相连，第二端与接地端相连。
在第二电路中，场效应晶体管J起过滤作用，用于过滤传感器输出的模拟三电极电压信号中的低频分量。电容C4至C8也起滤波作用，用于过滤传感器输出的模拟三电极电压信号中的高频分量。第三和第四放大器的型号为AD8572。电阻R4至R10用于设定放大倍数。
本实用新型的用于各类气体浓度测量的通用变送器采用了先进的集成电路技术、专有数字、模拟混合通讯技术及无线通讯技术。上述通用变送器提供了丰富的输入接口和输出接口，能够满足对各类气体传感器的输出信号的分析。同时，通用变送器中的传感器信号处理单元通过精心的电路设计，能够提高变送器信号处理的稳定性和可靠性。此外，本实用新型的通用变松器安装维护方便，极大的满足了工业现场安全监测对设备高可靠性的要求，广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、铁路等行业。
Claims (9)
1.一种用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，包括处理器以及分别与所述处理器相连的传感器信号处理单元、显示器、电源模块、模拟信号输出接口、开关量信号输出接口、RS485通信模块和无线通讯模块；
所述传感器信号处理单元包括三电极电压信号接口、两电极电压信号接口、第一电路和第二电路；所述两电极电压信号接口和所述三电极电压信号接口分别接收不同传感器输出的模拟电压信号；所述第一电路和所述第二电路分别与所述两电极电压信号接口和所述三电极电压信号接口连接，以分别对不同的模拟电压信号进行放大和滤波。
2.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述两电极电压信号接口具有两个引脚，其中第一引脚为接地端，第二引脚为信号输出端；所述第一电路包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一放大器、第二放大器、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和滑动变阻器(RS)；
所述两电极电压信号接口的第二引脚与第一放大器的正输入端相连；所述第一电容(C1)的两端分别与所述两电极电压信号接口的第一和第二引脚相连；第一放大器的负输入端和输出端相连；第一放大器的输出端经由第二电阻(R2)连接至第二放大器的正输入端；第一电阻(R1)的两端分别与接地端和第二放大器的负输入端相连；第三电阻(R3)的第一端与第二放大器的负输入端相连，第二端与滑动变阻器(RS)的第一端相连，滑动变阻器(RS)的滑动端与第二放大器的输出端相连；第二电容(C2)的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连；第三电容的两端分别与第二放大器的负输入端和输出端相连；第二放大器的输出端连接至传感器信号处理单元的输出。
3.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述三电极电压信号接口具有三个引脚，其中第一引脚为电压信号输出端，第二引脚为供电端，第三引脚为偏置电压端；所述第二电路包括场效应晶体管(J)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第三放大器、第四放大器、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)；
所述三电极电压信号接口的第三引脚与所述第四放大器的输出端相连；所述三电极电压信号接口的第二引脚经由第四电阻(R4)、第五电阻(R5)后连接到第四放大器的负输入端；所述三电极电压信号接口的第一引脚经由所述第六电阻(R6)连接至第三放大器的负输入端；第八电阻(R8)的第一端与接地端相连，第二端与第三放大器的正输入端相连；第七电阻(R7)与第五电容(C5)并联且第七电阻(R7)的两端分别与第三放大器的负输入端和输出端相连；第十电阻(R10)的第一端与接地端相连，第二端与第四放大器的正输入端相连；第九电阻(R9)的第一端与第三放大器的输出端相连，第二端连接至所述传感器信号处理单元的输出；场效应晶体管(J)的源极和漏极分别与所述三电极电压信号接口的第二和第一引脚相连，栅极与电源正极相连；第四电容(C4)的第一端与第四放大器的输出端相连，第二端与第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的连接点相连；第六电容(C6)的第一端与电源负极相连，第二端与接地端相连；第七电容(C7)的第一端与电源正极相连，第二端与接地端相连；第八电容(C8)的第一端与第九电阻(R9)的第二端相连，第二端与接地端相连。
4.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述处理器采用Atmel单片机。
5.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述电源模块支持DC9-32V直流宽电压输入，具有隔离保护功能。
6.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述模拟信号输出接口为4-20mA模拟信号输出接口。
7.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述开关量信号输出接口采用继电器开关信号输出接口。
8.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述RS485通信模块支持标准Modbus-RTU协议，且支持470-510M通信频段无线通信接口。
9.根据权利要求1所述的用于各类气体浓度测量的通用变送器，其特征在于，所述显示器为液晶显示器，用于实时显示气体浓度数据。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113514502A (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-19 | 中国石油化工股份有限公司 | 多维度多参量气体传感器及其制备方法、气体检测方法 |
| CN114166275A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-11 | 厦门加华电力科技有限公司 | 一种便携式高压开关柜sf6综合检测仪 |
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