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两线制高精度隔离型温度变送器设计方案

时间:2022-06-30 09:26:19 点击:87次

在工业自动化系统中,由于高可靠性的需要,传感器信号处理电路以原理简单、可靠的模拟信号为主,但不能完成非线性温度信号线性化补偿,无法对热电偶进行精密冷端补偿,无法根据现场条件灵活进行量程迁移等参数设置,导致其测温精度不够。同时,无法实现各种温度信号通用处理,导致模块专一化、多样化,给生产、维护和现场管理带来不便,不具备灵活的人机接口,对现场工况的适应性不足。基于此,研制了一种两线制高精度通用隔离型温度变送器,可通过人机接口灵活设置处理热电阻、热电偶、电阻、电压等输入信号,实现温度信号的高精度测量。同时,通过变压器实现电源、输入、输出三端隔离,解决了现场信号串扰的问题,提高了变送器抗干扰能力。

总体设计方案主要包括电源系统、激励模块、冷端补偿模块、片选逻辑模块、信号处理模块、A/D模块、MCU处理中心、D/A模块、信号隔离模块和V/I转换模块。其中,电源系统采用24V直流供电,经由变压器提供5V、3.3V隔离电源,为输入、输出两侧各模块供电。激励模块为传感器提供恒流激励,冷端补偿模块为热电偶传感器提供冷端补偿。传感器和冷端补偿模块的输出信号连接至片选逻辑,由MCU处理中心控制,按设定时序选择相应通道信号,经信号处理模块调理成A/D采样所需标准信号后,由A/D模块采样并传输至MCU。MCU根据不同传感器类型,选择对应的算法,计算温度。D/A模块根据MCU指令输出对应控制电压至信号隔离模块,信号隔离模块通过变压器实现输入、输出信号电气隔离,将控制电压等幅传输至V/I转换模块,V/I转换模块根据控制电压实现两线制4mA~20mA信号输出。

温度变送器采用通用化、模块化设计。适用于热电阻、所有类型热电偶以及普通电阻、电压输入信号。可快速插拔,互为备份,具备高低限、断线报警功能,可以及时发现故障。为验证整机功能和精度,通过等效器分别模拟Pt100、K型热电偶、WRe5- WRe26热电偶三种常用类型传感器信号进行试验,其量程分别为(0~500)℃、(0~1000)℃、(0~1800)℃。可以看出,变送器信号转换准确度优于0.1%,满足工业现场使用要求。

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