智能温度隔离变送器

摘要

一种智能温度隔离变送器，应用在工业现场，是既具有温度测量又具有隔离变送功能的测量仪表。温度传感器为Pt100铂电阻，采用三线制进行测量，即恒流供电导线，补偿导线和地线，采用高电位，简称高端补偿导线的连接方法，补偿导线接在Pt100铂电阻电源端，可实现准确补偿，测量误差小。同时利用4按键进行零点满度数字校准，并利用单片机自带的闪存存储空间直接存储设定校准值，避免了零点漂移和温度漂移。

权利要求

1.一种智能温度隔离变送器，采用三线制即恒流供电导线、补偿导线和地线进行测量，设置有温度传感器，LED数码管，DC-DC隔离电源，DC24V电压输入，单片机，采用CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给温度传感器，单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线、补偿导线相连接；利用单片机的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件，通过V/I电流电压转换，送出隔离的DC4-20mA信号；按键“SET”，“+”，“-”，“STORE”通过软件进行零点、满度校准并且进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置；其特征在于：补偿导线接在温度传感器电源端，即高端补偿接法；单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线A、补偿导线B相连接；与恒流供电导线A相连接的转换通道AD0的电压为VA1，与补偿导线B相连接的转换通道AD1的电压为VB1，VB1的电压大小，是Pt100铂电阻产生的电压和C导线电阻产生的电压之和；VA1的电压大小则是Pt100铂电阻产生的电压、A导线电阻和C导线电阻所产生的电压之和，测量时，本智能温度变送器利用公式VPt＝VB1-(VA1-VB1)，得出Pt100铂电阻所产生的电压VPt。

2.如权利要求1所述的智能温度隔离变送器，其特征在于：温度传感器为Pt100铂电阻。

3.如权利要求1所述的智能温度隔离变送器，其特征在于：所述的单片机为

C8051F350CPU。

说明书

智能温度隔离变送器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种既具有温度测量又具有隔离变送功能的测量仪表。

背景技术

[0002] 在现代工业生产中，温度是工业现场用得最多的侍测物理量。铂电阻是测温中常用的传感器，被用来作为0-926℃温度区内的国际标准温度计。尽管温度变送器很多，但其它类型的温度变送器在一定程度上存在不足之处：

[0003] 1、在测量中，连线电阻所引起的误差是不可忽视的，通常可采用三线制进行测量，但其它类型温度变送器的补偿导线通常接在低电位端，简称地端，致使补偿精度低，测量误差增大。

[0004] 2、采用电位器进行零点或满度校准，由于所使用的电位器随时间和温度变化较大，使温度变送器发生了不可避免的零点漂移和温度漂移。

发明内容

[0005] 本发明针对上述其它类型产品的不足提出改进方案，研制一种智能温度隔离变送器。

[0006] 本发明的技术方案如下：采用三线制进行测量，即恒流供电导线，补偿导线和地线，设置有温度传感器，LED数码管，DC-DC隔离电源，DC24V电压输入，单片机，采用CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给温度传感器，单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线、补偿导线相连接；利用单片机的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件，通过V/I电流电压转换，送出隔离的DC4-20mA信号；按键“SET”，“+”，“-”，“STORE”通过软件进行零点、满度校准和利用4按键进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置。补偿导线接在温度传感器电源端，即高端补偿接法；单片机本身的两路24位AD转换通道分别与恒流供电导线A、补偿导线B相连接；与恒流供电导线A相连接的转换通道AD0的电压为VA1，与补偿导线B相连接的转换通道AD1的电压为VB1，VB1的电压大小，由Pt100铂电阻产生的电压和C导线电阻产生的电压之和；VA1的电压大小则由Pt100铂电阻产生的电压、A导线电阻和C导线电阻所产生的电压之和，测量时，本智能温度变送器利用公式VPt＝VB1-(VA1-VB1)，得出Pt100铂电阻所产生的电压VPt。

[0007] 本发明的有益效果是：采用高端补偿导线的连接方法，可实现准确补偿，测量误差小。利用4按键进行零点满度数字校准，并利用C8051F350CPU自带的闪存存储空间直接存储设定校准值，避免了零点漂移和温度漂移。

附图说明

[0008] 图1为智能温度隔离变送器原理框图。

[0009] 图2为低端补偿接法简图。

具体实施方式

[0010] 高端补偿接法测量误差小的原理为：在图1中，利用智能温度隔离变送器所采用C8051F350CPU的DA变换功能，直接输出恒流，供给Pt100铂电阻温度传感器，A为恒流供电导线，B为补偿导线，C为地线，补偿导线接在Pt100铂电阻电源端，即高端D点。设导线A、B、C导线的电阻为R，铂电阻的电阻为RPt，恒流为I，则AD0的电压为VA1，AD1的电压为VB1。

[0011] 图1中，VB1的电压大小，由Pt100铂电阻产生的电压和C导线电阻产生的电压之和。VA1的电压大小则由Pt100铂电阻产生的电压、A导线电阻和C导线电阻所产生的电压之和。因此只要利用公式1，就可以方便地求出Pt100铂电阻所产生的电压VPt。

[0012] VPt＝VB1-(VA1-VB1) (公式1)

[0013] ＝2VB1-BA1

[0014] ＝2I(RPt+R)-(IRPt+R+R)

[0015] ＝IRPt

[0016] 图2中VA2的电压与图1中的VA1的电压相同，但VB2的电压仅由C导线的电阻产生。这样，Pt100铂电阻所产生的电压VPt：

[0017] (公式2)

[0018] V′Pt＝VA-2VB

[0019] ＝I(R+RPt+R)-2IR

[0020] ＝IRPt

[0021] 在理论上，图1图2的Pt100铂电阻所产生的电压VPt值是一样的，但实际上却存在明显的区别。原因是，无论对调理电路，还是AD转换单元，都存在死区电压问题(即不灵敏区)。若信号较小，处于不灵敏区附近，则测量必然存在误差。例如图2中的VB2电压仅由C导线的电阻产生，由于本身导线的电阻较小，从而所产生的电压信号也较小，因此实际上很难做到完全补偿。相反，采用本

[0022] 发明所给的高端补偿接法，电压VA1，VB1中均包含了Pt 100铂电阻所产生的电压，因此不存在信号较小问题，可以说完全补偿了导线电阻的影响。

[0023] 本智能温度隔离变送器，采用C8051F350CPU，利用CPU本身自带的DA恒流(输出电流大小为DC0-2mA)输出转换功能，直接作为激励Pt100铂电阻的恒流信号，软件可编程的输出电流大小，可以随不同测温范围进行相应的数字调整，使Pt100铂电阻产生的满度电压信号正好符合AD采样的电压范围得到最大的采样分辨率。避免采用外围恒流电路，节省成本。

[0024] 分别利用C8051F350CPU本身的两路24位AD转换通道，按照图1接线。因C8051F350CPU的AD转换通道，内部含有可变增益(PGA)放大单元，可对电压直接VA1，VB1进行采样，通过软件利用公式1进行数字计算。

[0025] 利用C8051F350CPU的可编程计数阵列的脉宽调制(PWM)功能，采用脉宽调制，利用光电隔离器件送出隔离的DC4-20mA信号。

[0026] 如图1所示，利用4按键“SET”，“+”，“-，“STORE”通过软件进行零点、满度校准和利用4按键进行输出的零点DC4mA和满度DC20mA设置。

[0027] 利用两位LED数码管进行分时显示温度值，也可显示恒流输出值、Pt100电阻阻值和电线电阻值。