二線制溫度變送器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及溫度采集計量工作領(lǐng)域，具體涉及一種二線制溫度變送器。本實用新型包括溫度傳感器輸入RTD、零位輸出調(diào)整WZ、滿度輸出調(diào)整WS、線性化處理電路Rlin1、Rlin2、專用芯片U1。本實用新型出信號精度等級高，優(yōu)于0.1％FS、可到0.05％FS；線性化處理簡單、直接計算線性化電阻即可；工作電源寬，DC7.5～36V都能工作；體積小巧，輸出穩(wěn)定、溫漂小、調(diào)試簡單。
【專利說明】二線制溫度變送器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及溫度采集計量工作領(lǐng)域，具體涉及一種二線制溫度變送器。

【背景技術(shù)】
[0002]溫度變送器的設(shè)計和開發(fā)、已經(jīng)有很多類型和款式，但是目前市場上現(xiàn)有的溫度變送器、往往只具備其中部分功能。導(dǎo)軌式溫度變送器，很多廠家都利用智能溫度顯示儀表，將顯示部分去掉直接改裝而成，精度0.2% FS左右，但是做不了二線制、無法低電源供電、而且電路復(fù)雜、非本安防爆電路；鎧裝式溫度變送器、很多廠家能做二線制，但是由于線性化處理的原因，轉(zhuǎn)換精度都比較低，往往只滿足工業(yè)要求0.5% FS、少數(shù)廠家0.25%FS、也不是本安防爆電路，當(dāng)然進(jìn)口產(chǎn)品能做到高精度的、但是價格也相當(dāng)?shù)陌嘿F、是國產(chǎn)價格的十幾倍，甚至更高。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種二線制溫度變送器，能廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化系統(tǒng)要求對溫度進(jìn)行測量和傳送的場合。
[0004]本實用新型提供了一種二線制溫度變送器，包括電流變送器、溫度傳感器和調(diào)零電位器，電流變送器采用XTR105芯片，溫度傳感器采用鉬電阻PT100，電流變送器的I腳與調(diào)零電位器的電源輸入端連接，調(diào)零電位器WZ與電流變送器的2腳相連，電流變送器的14腳與溫度傳感器的電源輸入端連接，電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlinl與溫度傳感器的信號端I連接，溫度傳感器的信號端I經(jīng)電阻R2與電流變送器的13腳相連，電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlin2與調(diào)零電位器信號端I相連，調(diào)零電位器WZ信號端I經(jīng)電阻R3和電流變送器的2腳輸入端負(fù)端連接，溫度傳感器的信號端2和調(diào)零電位器WZ的信號端2經(jīng)電阻R4與電流變送器的6腳連接，電流變送器的4腳和3腳之間連接有滿度電位器WS，電流變送器的10腳通過二極管Dl連接24V電源正極并經(jīng)電阻Rl和三極管Ql的集電極C相連，電流變送器的8腳和9腳分別于三極管Ql的發(fā)射極E、基極相連；同時，電流變送器的7腳與10腳之間接電容Cl，電流變送器的7腳接地，24V電源負(fù)極經(jīng)電阻Rload接地。
[0005]所述調(diào)零電位器WZ與電阻R5并聯(lián)，滿度電位器WS與電阻R6并聯(lián)，電阻R4與電容C4并聯(lián)。
[0006]所述電流變送器的13腳經(jīng)電容C2接地；電流變送器的2腳經(jīng)電容C3接地。
[0007]本實用新型提供了一種高精度的二線制溫度變送器。通過輸入非線性的溫度傳感器信號、經(jīng)過特殊的線性化處理后、輸出標(biāo)準(zhǔn)的線性直流電流信號DC4?20mA。本實用新型包括溫度傳感器輸入RTD、零位輸出調(diào)整WZ、滿度輸出調(diào)整WS、線性化處理電路Rlinl、Rlin2、、專用芯片Ul、XTR105。本實用新型出信號精度等級高，優(yōu)于0.1% FS、可到0.05%FS ;線性化處理簡單、直接計算線性化電阻即可；工作電源寬，DC7.5?36V都能工作；體積小巧，輸出穩(wěn)定、溫漂小、調(diào)試簡單；而且此電路滿足本安防爆電路設(shè)計要求，能廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化系統(tǒng)要求對溫度進(jìn)行測量和傳送的場合，特別是井下勘探溫度采集(要求體積極小、工作電源低至9V)、鍋爐系統(tǒng)熱量計量(對進(jìn)水溫度、回水溫度的高精度計量)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型示意圖
[0009]圖2為本實用新型電路連接圖

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明:
[0011]一種二線制溫度變送器，包括電流變送器、溫度傳感器和調(diào)零電位器，電流變送器采用XTR105芯片，具有2路獨立的800uA恒流源信號輸出、線性化處理所需的電壓輸出V Iin和很寬的電源電壓DC7.5?36V，其信號輸出I out = (0.1mA+Vin/Ws) X40 =4mA+40Vin/Rg。電流變送器的I腳與調(diào)零電位器的電源輸入端連接，電流變送器輸出恒流源信號SOOuA給調(diào)零電位器WZ供電。電流變送器的14腳與溫度傳感器的電源輸入端連接，電流變送器輸出恒流源信800uA給溫度傳感器供電。
[0012]電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlinl與溫度傳感器的信號端I連接。溫度傳感器的信號端I經(jīng)電阻R2與電流變送器的13腳相連，提供溫度傳感器的輸出信號V+。電流變送器的輸出電壓Vlin通過電阻Rlinl將信號疊加到溫度傳感器和電流變送器和輸入信號正端Vin+。電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlin2與調(diào)零電位器信號端I相連，調(diào)零電位器WZ信號端I經(jīng)電阻R3和電流變送器的2腳連接，提供溫度量程下限時的基準(zhǔn)電壓信號V-。電流變送器通過電阻Rlin2將信號疊加到溫度傳感器和電流變送器的輸入
號負(fù)端Vin-。
[0013]溫度傳感器的信號端2和調(diào)零電位器WZ的信號端2經(jīng)電阻R4與電流變送器的6腳連接，電阻R4兩端并聯(lián)有電容C4。電流變送器的4腳和3腳之間連接有滿度電位器WS。電流變送器的10腳通過二極管Dl連接24V電源正極并經(jīng)電阻Rl和三極管Ql的集電極C相連，電流變送器的8腳和9腳分別于三極管Ql的發(fā)射極E、基極相連；同時，電流變送器的7腳與10腳之間接電容Cl，電流變送器的7腳經(jīng)電阻Rload接地，24V電源負(fù)極接地。
[0014]調(diào)零電位器與電阻R5并聯(lián)，滿度電位器與電阻R6并聯(lián)，電阻R4與電容C4并聯(lián)。為了是產(chǎn)品輸出信號穩(wěn)定、溫度漂移影響小、也使電位器調(diào)整方便，在調(diào)零電位器WZ兩端并上電阻R5。根據(jù)溫度范圍確定調(diào)零電位器的電阻RZ大小，選擇電阻R5比調(diào)零電位的電阻RZ阻值大，然后選擇多圈的可調(diào)電位器，目的使調(diào)零電位器WZ不至于很靈敏，避免電位器稍微移動，輸出就產(chǎn)生很大變化。同時在滿度電位器WS兩端并上電阻R6，根據(jù)溫度范圍和公式計算確定Rg電阻大小，選擇電阻R6阻值比電阻Rg大，然后選擇多圈的可調(diào)電位器，使?jié)M量程輸出時電位器調(diào)整時輸出變化小。
[0015]電流變送器的13腳經(jīng)電容C2接地；電流變送器的2腳經(jīng)電容C3接地。
[0016]Ul芯片的恒流源信號Ir2給溫度傳感器供電、所以溫度傳感器電阻值的變化和電流輸出信號的變化是線性的，但是由于溫度值的變化和溫度傳感器電阻值的變化是不成線性的、所以溫度值的變化與輸出信號之間也就不成線性了。當(dāng)溫度升高、溫度傳感器輸出電阻值變大時，則溫度傳感器的輸出信號V+變大，(溫度值與輸出V+不成線性)。本實用新型將溫度傳感器非線性的電阻信號轉(zhuǎn)換成線性的電壓信號Vin且輸入至XTR105芯片，其中Vin = V+- V-。再通過XTR105芯片內(nèi)部的V/I轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行變換，然后輸出高線性的電流信號DC4?20mA。
[0017]如:溫度變送器要求將溫度O?200°C，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號DC4?20mA
[0018]當(dāng)溫度為0°C時，PtlOO溫度傳感器電阻為100.000 Ω、(根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，有表可查)
[0019]調(diào)整調(diào)零電位器WZ，使V- = V+,則Vin = O、則電流變送器輸出信號1ut =4mA+40Vin/Rg = 4mA
[0020]當(dāng)溫度為200°C時、PtlOO溫度傳感器電阻為175.856 Ω、
[0021]則電流變送器輸入信號Vin = 175.856 Ω X0.8mA — 100.000 Ω X0.8mA =75.856 Ω X0.8mA = 60.6848mV
[0022]根據(jù)電流變送器輸出電流lout = 4mA+40Vin/Rg = 20mA,則WS =40X60.6848+ (20 — 4) = 151.712 Ω
[0023]操作人員只需要調(diào)整滿度電位器WS就可以使輸出信號為20mA。
[0024]根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、溫度傳感器的鉬電阻PtlOO的輸出電阻值R(t)與溫度T的關(guān)系(O ?650。。)
[0025]可以用公式描述如下:
[0026]R (t) = 100 X (1+3.90802 X 10-3 X T — 0.5802 X 10-6 X T2)
[0027]根據(jù)Ul專用芯片的介紹和內(nèi)部框圖，給予Rlinl、Rlin2兩個計算公式
[0028]Rlinl = 0.5XRlin(R2 — Rl) + (2R1 — R2 — RZ) (I)
[0029]Rlin2 = 0.5X (Rlin+Rg) X (R2 — Rl) + (2R1 — R2 — RZ) (2)
[0030]其中:R2:溫度量程上限時Tmax對應(yīng)的電阻值(根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，直接查表可知)，
[0031]RZ:溫度量程下限時Tmin對應(yīng)的電阻值，
[0032]Rl:溫度量程中間點時(Tmin+Tmax)/2對應(yīng)的電阻值，
[0033]Rlin:芯片內(nèi)部電阻值IkQ
[0034]Rg = 2 (R2 — RZ) X (Rl — RZ) + (R2 — Rl)
[0035]當(dāng)溫度變送器要求將溫度O?200°C，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號DC4?20mA時，
[0036]即Tmin = (TC, Tmax = 200°C, (Tmin+Tmax)/2 = 10CTC
[0037]RZ = 100.000 Ω，R2 = 175.856 Ω，Rl = 138.506 Ω，算出 Rg = 156.41 Ω ；
[0038]則:Rlinl= 0.5 X Rlin (R2 — Rl) + (2R1 — R2 — RZ)
[0039]= 0.5X1 (175.856 — 138.506) + (2X 138.506 — 175.856 — 100) = 16.15kΩ
[0040]Rlin2 = 0.5X (Rlin+Rg) X (R2 — Rl) + (2R1 — R2 — RZ)
[0041]= 0.5X (1+0.15641) X (175.856 — 138.506) + (2X138.506 — 175.856 — 100)=18.68k Ω
[0042]如果線性化電阻Rlinl、Rlin2越精準(zhǔn)、產(chǎn)品輸出線性精度越高，必須使用高精度的電阻、才能滿足高精度的輸出要求。所以實際焊接電阻必須和計算電阻很接近?？蓪linl直接轉(zhuǎn)化成3個電阻的組合R7+R8//R8* ;同樣的。也將Rlin2直接轉(zhuǎn)化成3個電阻的組合R9+R10//R10*，如圖2所示。
[0043]經(jīng)計算Rlinl = 16.15k Ω，貝Ij R7 = 15K, R8 = 1.2K, R8* = 20K ；
[0044]Rlin2 = 18.68kQ，則 R9 = 15K, RlO = 3.9K, R1* = 56K。
[0045]這樣就不需要定做電阻，只須匹配電阻值很接近的電阻即可。當(dāng)每個產(chǎn)品溫度變送的范圍不同的時候、按照公式去計算比較接近的線性化電阻值即可。
[0046]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種二線制溫度變送器，包括電流變送器，其特征在于還包括溫度傳感器和調(diào)零電位器，電流變送器采用XTR105芯片，溫度傳感器采用鉬電阻PT100，電流變送器的I腳與調(diào)零電位器的電源輸入端連接，調(diào)零電位器WZ與電流變送器的2腳相連，電流變送器的14腳與溫度傳感器的電源輸入端連接，電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlinl與溫度傳感器的信號端I連接，溫度傳感器的信號端I經(jīng)電阻R2與電流變送器的13腳相連，電流變送器的12腳電壓輸出端經(jīng)電阻Rlin2與調(diào)零電位器信號端I相連，調(diào)零電位器WZ信號端I經(jīng)電阻R3和電流變送器的2腳輸入端負(fù)端連接，溫度傳感器的信號端2和調(diào)零電位器WZ的信號端2經(jīng)電阻R4與電流變送器的6腳連接，電流變送器的4腳和3腳之間連接有滿度電位器WS，電流變送器的10腳通過二極管Dl連接24V電源正極并經(jīng)電阻Rl和三極管Ql的集電極C相連，電流變送器的8腳和9腳分別于三極管Ql的發(fā)射極E、基極相連；同時，電流變送器的7腳與10腳之間接電容Cl，電流變送器的7腳接地，24V電源負(fù)極經(jīng)電阻Rload接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二線制溫度變送器，其特征在于調(diào)零電位器WZ與電阻R5并聯(lián)，滿度電位器WS與電阻R6并聯(lián)，電阻R4與電容C4并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二線制溫度變送器，其特征在于電流變送器的13腳經(jīng)電容C2接地；電流變送器的2腳經(jīng)電容C3接地。
【文檔編號】G01K7/22GK204101206SQ201420434272
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】陳龍軍, 李梓固 申請人:武漢松野智能儀表有限公司