CN111721445A - 识别与变送器连接的传感器的类型的方法和变送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及识别与变送器连接的传感器的类型的方法，变送器包括第一至第四端子、电流源、传感器具有识别电阻，方法包括：获取在电流源连接到第一端子和第四端子时的电流源的电流值、第一和第四端子间的电压、以及第二和第三端子间的电压；获取在电流源连接到第一和第二端子时的电流源输出的电流值、第一和第二端子间的电压；获取限定电压与传感器连接方式的对应关系的第一表；从第一表确定连接方式；根据连接方式从获取的电压和电流值计算识别电阻的阻值；获取限定识别电阻的阻值与传感器类型的对应关系的第二表；从第二表确定传感器的类型。本发明实现能够在不改变传感器应用范围和精度的情况下快速识别与变送器连接的传感器的类型的技术效果。

Description

识别与变送器连接的传感器的类型的方法和变送器

技术领域

本发明涉及变送器和传感器领域，具体而言，涉及识别与变送器连接的传感器的类型的方法和执行该方法的变送器。

背景技术

传感器和变送器是热工仪表的概念。传感器是把非典型物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号，变送器则把传感器采集到的微弱电信号放大以便转送或启动控制元件。

温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。温度电流变送器是把温度传感器的信号转变为电流信号、传送到二次仪表、从而显示出对应的温度。

温度变送器可以支持很多类型的温度传感器，并且每个温度传感器具有其复杂的配置参数。在实际使用中，一个变送器对应于多个温度传感器，使得该变送器在多个温度传感器之间切换连接以从不同的传感器接收并输出感测信号。当变送器从与一个传感器连接切换到与另一个传感器连接时，变送器需要识别传感器的类型以对其进行参数配置。

通常，变送器从传感器获取传感器的类型信息、并根据传感器的类型对传感器进行配置。对于传感器的参数配置，用户需要一些知识来仔细地配置这些参数，否则具有传感器的变送器将不能良好地工作。该配置过程是耗时的(约5～10分钟)，并且用户需要一些额外的SW/HW配置工具(例如HART modem，PC配置工具)来支持该配置。

在传感器中组装存储器芯片是识别传感器的类型的一种方法。传感器相关的信息存储在该芯片中，然后变送器可以在配置期间读出该传感器相关的信息。但是，通常芯片的工作温度不是很广，因此这将限制传感器应用的温度范围。此外，这种传感器仅能与特定的变送器一起使用，而不适用于通常的变送器。

另一种方法是直接使用数字传感器，例如来自MAXIM的DS18B20，但是其测量范围有限，并且精度不高。DS18B20仅能支持从-55℃到+125℃、精度为±0.5℃的测量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种识别传感器的类型的方法，以解决现有技术中难以在不改变传感器应用范围和精度的情况下简单、快速识别传感器的类型的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了识别与变送器连接的传感器的类型的方法，其中，变送器包括第一端子、第二端子、第三端子、第四端子、电流源和电压测量单元，电压测量单元测量任意两个端子之间的电压，传感器具有识别电阻，电流源的一侧经由第一端子连接至传感器的第一侧，电流源的另一侧能够在第二端子至第四端子之间切换连接，传感器的识别电阻连接至第二端子，传感器的第二侧连接至第二端子、或第四端子、或第四端子和第三端子，方法包括：获取在电流源连接到第一端子和第四端子状态下的电流源输出的第一电流值、第一端子和第四端子之间的第一电压、以及第二端子和第三端子之间的第二电压，获取在电流源连接到第一端子和第二端子状态下的电流源输出的第二电流值、第一端子和第二端子之间的第三电压，获取第一表，第一表限定了第一电压、第二电压和第三电压与传感器到变送器的连接方式之间的对应关系，基于第一电压、第二电压、以及第三电压，从第一表确定传感器到变送器的连接方式，根据确定的连接方式，从获取的电压和电流值计算识别电阻的阻值，获取第二表，第二表限定了识别电阻的阻值与传感器的类型的对应关系，以及基于计算的识别电阻的阻值，从第二表确定传感器的类型。

以这样的方式，通过额外设置与传感器的类型一一对应的识别电阻，可以通过测量识别电阻的阻值来确定与变送器连接的传感器是哪种连接方式下的哪一类型的传感器，从而实现了在不改变传感器应用范围和精度的情况下简单、快速地识别与变送器连接的传感器的类型，从而缩短了对传感器的调试时间。

进一步地，根据本发明的一个实施例，连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接、电阻温度检测器传感器四线连接、以及热电偶传感器连接中的一种，电阻温度检测器传感器三线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到第一端子和第二端子且电阻温度检测器传感器的第二侧连接到第四端子，电阻温度检测器传感器四线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到第一端子和第二端子且电阻温度检测器传感器的第二侧连接到第四端子和第三端子，热电偶传感器连接指热电偶传感器的第一侧连接到第一端子且热电偶传感器的第二侧连接到第二端子。

以这样的方式，每种连接方式对应于预先设置的传感器、识别电阻、以及变送器的唯一电路连接，通过确定连接方式是上述中的哪一种，就可以通过欧姆定律计算识别电阻的阻值。

进一步地，根据本发明的一个实施例，从第一表确定连接方式包括：在第一电压不为0、第二电压为0、第三电压不为0时，确定连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接，在第一电压不为0、第二电压不为0、第三电压不为0时，确定连接方式是电阻温度检测器传感器四线连接，并且在第一电压为0、第二电压为0、第三电压不为0时，确定连接方式是热电偶传感器连接。

以这样的方式，通过测量第一电压、第二电压和第三电压，再查找第一表就能够确定传感器、识别电阻、以及变送器的连接方式。

进一步地，根据本发明的一个实施例，当连接方式是电阻温度检测器传感器四线连接时，计算识别电阻的阻值包括通过下式计算识别电阻的阻值：R_ID＝U_M12/I_M12-(U_M14-U_M23)/I_M。

以这样的方式，在确定连接方式是电阻温度检测器传感器四线连接之后，可以从已测量的电压和记录的电流计算识别电阻的阻值。

进一步地，根据本发明的一个实施例，当连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接时，计算识别电阻的阻值包括进一步测量在电流源连接到第一端子和第四端子情况下的第二端子和第四端子之间的第四电压，并且通过下式计算识别电阻的阻值：U_M12/I_M12–2(U_M14-U_M24)/I_M。

以这样的方式，在确定连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接之后，通过再测量一组端子之间的电压，可以从测量的电压和记录的电流计算识别电阻的阻值。

进一步地，根据本发明的一个实施例，当连接方式是热电偶传感器连接时，计算识别电阻的阻值包括通过下式计算识别电阻的阻值：R_ID＝U_M12/I_M12。

以这样的方式，在确定连接方式是热电偶传感器连接之后，可以从已测量的电压和记录的电流计算识别电阻的阻值。

根据本发明的另一方面，还提供了变送器，其包括：电流源，在变送器的电路中提供电流；第一端子、第二端子、第三端子、第四端子，电流源的一侧经由第一端子连接至传感器的第一侧，电流源的另一侧能够在第二端子至第四端子之间切换连接，传感器经由识别电阻连接至第二端子，传感器的第二侧连接至第二端子、或第四端子、或第四端子和第三端子，并且识别电阻的阻值对应于传感器的类型；电压测量单元，测量任意两个端子之间的电压；处理单元；以及存储单元，预先存储了第一表、第二表和程序，第一表限定了第一电压、第二电压和第三电压与传感器到变送器的连接方式之间的对应关系，第二表限定了识别电阻的阻值与传感器的类型的对应关系，程序在变送器连接到新的传感器时由处理单元执行，以执行上述方法。

以这样的方式，实现了在不改变传感器应用范围和精度的情况下由变送器简单、快速地识别与变送器连接的传感器的类型，可以缩短对传感器的调试时间。并且实现该方法的变送器结构简单、成本低廉。

进一步地，根据本发明的一个实施例，处理单元和存储单元集成为微芯片。

以这样的方式，在切换传感器连接时，通过变送器内的微芯片可以自动识别所连接的传感器的类型。通过在微芯片中存储与传感器的类型相对应的配置参数，则能够由微芯片自动识别传感器的类型、配置传感器参数，从而大大缩短了配置传感器参数的时间。

进一步地，根据本发明的一个实施例，变送器还包括多个切换开关，电流源在变送器的不同的端子之间的切换连接和电压测量单元在变送器的不同的端子之间的切换连接通过处理单元控制多个切换开关来执行。

以这样的方式，在处理单元执行程序时，可以控制各个开关的操作，从而使电压测量单元能够测量变送器的内部电路的不同位置间的电压。

在本发明实施例中，提供了通过在传感器与变送器的第二端子之间设置阻值与传感器的类型对应的识别电阻、并计算识别电阻的阻值来识别变送器所连接的传感器的类型的技术方案，以至少解决难以在不改变传感器应用范围和精度的情况下简单、快速识别传感器的类型的问题，实现了适用于所有传感器、变送器的简单、快速识别与变送器连接的传感器的类型的方法，从而缩短对传感器的调试、配置时间的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的识别与变送器连接的传感器的类型的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的变送器的框图；

图3示出了RTD传感器与变送器三线连接时的电路图；

图4示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器三线连接时的电路图；

图5示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器三线连接时的又一电路图；

图6示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器四线连接时的电路图；

图7示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器二线连接时的电路图；

图8示出了根据本发明实施例的TC传感器与变送器连接时的电路图；

图9示出了根据本发明又一实施例的TC传感器与变送器连接时的电路图；以及

图10a、图10b和图10c示出了在根据本发明实施例的方法中通过电压测量来确定传感器的连接方式的电路图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100： 传感器

200 变送器

202 处理单元

204 存储单元

A 电流源

V 电压测量单元

R_ID 识别电阻

R_T 传感器的等效电阻

R_L1、R_L2、R_L3、 电缆的等效电阻

R_L4

T1～T4 变送器的端子

SW1、SW2、SW3、 切换开关

SW5、

SW4、SW6 单刀单掷开关

具体实施方式

为使需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

温度变送器所支持的温度传感器可以分为两类：

电阻输入：电阻温度检测器(RTD)传感器，其电阻随着温度变化而发生线性变化；

电压输入：热电偶(TC)传感器，随着温度变化输出线性毫伏信号。

对于电阻输入的温度传感器(即RTD传感器)，其与变送器的连接方式有二线连接、三线连接和四线连接。变送器具有四个输入端子T1至T4。二线连接指RTD传感器的两端分别连接到变送器的两个端子，三线连接指从RTD传感器的两端经由三条电缆分别连接到变送器的三个端子，四线连接指从RTD传感器的两端经由四条电缆分别连接到变送器的四个端子。

对于电压输入的热电偶传感器(即TC传感器)，由于TC传感器为焊接在一起的两片金属，因此TC传感器通过焊接的金属的两端分别与变送器的两个端子连接。

在实践中，一个温度变送器需要在多个不同类型的温度传感器之间切换连接。当变送器切换以连接新的传感器时，需要识别传感器的类型并根据传感器的类型对传感器进行配置。

为解决现有技术中难以在不改变传感器应用范围和精度的情况下快速识别传感器的类型的问题，本发明引入一种通过设置识别电阻并使识别电阻的阻值与传感器的类型一一对应来识别与变送器连接的传感器的类型的方法。图1是根据本发明实施例的识别与变送器连接的传感器的类型的方法的流程图。变送器包括第一端子T1、第二端子T2、第三端子T3、第四端子T4、电流源A和电压测量单元V，电压测量单元V测量任意两个端子之间的电压，传感器100具有识别电阻R_ID，电流源A的一侧经由第一端子T1连接至传感器100的第一侧，电流源A的另一侧能够在第二端子T2至第四端子T4之间切换连接，传感器100的识别电阻R_ID连接至第二端子T2，传感器100的第二侧连接至第二端子T2、或第四端子T4、或第四端子T4和第三端子T3，该方法包括：S101，获取在电流源A连接到第一端子T1和第四端子T4状态下的电流源A输出的第一电流值I_M、第一端子T1和第四端子T4之间的第一电压U_M14、以及第二端子T2和第三端子T3之间的第二电压U_M23；S103，获取在电流源A连接到第一端子T1和第二端子T2状态下的电流源A输出的第二电流值I_M12、第一端子T1和第二端子T2之间的第三电压U_M12；S105，获取第一表，第一表限定了第一电压U_M14、第二电压U_M23和第三电压U_M12与传感器100到变送器200的连接方式之间的对应关系；S107，基于第一电压、第二电压、以及第三电压，从第一表确定传感器100到变送器200的连接方式；S109，根据确定的连接方式，从获取的电压和电流值计算识别电阻R_ID的阻值；S111，获取第二表，第二表限定了识别电阻R_ID的阻值与传感器100的类型的对应关系，以及S113，基于计算的识别电阻的阻值，从第二表确定传感器的类型。

在根据本发明实施例的方法中，连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接、电阻温度检测器传感器四线连接、以及热电偶传感器连接中的一种，电阻温度检测器传感器三线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到第一端子T1和第二端子T2且电阻温度检测器传感器的第二侧连接到第四端子T4，电阻温度检测器传感器四线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到第一端子T1和第二端子T2且电阻温度检测器传感器的第二侧连接到第四端子T4和第三端子T3，热电偶传感器连接指热电偶传感器的第一侧连接到第一端子T1且热电偶传感器的第二侧连接到第二端子T2。

图2是根据本发明实施例的变送器的框图。如图2所示，根据本发明实施例的变送器200包括：电流源A，在变送器200的电路中提供电流；第一端子T1、第二端子T2、第三端子T3、第四端子T4，电流源A的一侧经由第一端子T1连接至传感器100的第一侧，电流源A的另一侧能够在第二端子T2至第四端子T4之间切换连接，传感器100经由识别电阻R_ID连接至第二端子T2，传感器100的第二侧连接至第二端子T2、或第四端子T4、或第四端子T4和第三端子T3，并且识别电阻R_ID的阻值对应于传感器100的类型；电压测量单元V，测量任意两个端子之间的电压；处理单元202；以及存储单元204，预先存储了第一表、第二表和程序，第一表限定了第一电压U_M14、第二电压U_M23和第三电压U_M12与传感器100到变送器200的连接方式之间的对应关系，第二表限定了识别电阻R_ID的阻值与传感器100的类型的对应关系，程序在变送器200连接到新的传感器100时由处理单元202执行，以执行上述参考图1所述的方法。

在根据本发明的示例性实施例的变送器中，处理单元202和存储单元204集成为微芯片。

以下通过图3至图10c来详细描述根据本发明实施例的方法及能够执行该方法的变送器。

图3示出了RTD传感器与变送器三线连接时的电路图。传感器与变送器三线连接表示传感器的一侧连接到变送器的两个端子、另一侧连接到变送器的一个端子。图3中的右侧方框部分表示变送器200，左侧部分表示传感器100(此处为RTD传感器)。电阻R_T表示传感器100的等效电阻。变送器200在内部具有稳定的电流源A、电压测量单元V、开关SW1、以及可以与传感器100连接的四个端子T1～T4。开关SW1的一端与电压测量单元V连接，另一端在端子T1、T2之间切换连接。传感器100的等效电阻R_T经由三根相同的电缆分别与端子T1、T4、T2连接，这三根电缆的等效电阻分别用R_L1、R_L2和R_L3表示，并且R_L1＝R_L2＝R_L3。变送器200的端子T3没有与传感器100连接。

当传感器100经由端子T1、T4与电流源A形成电流回路时，可以记录电流源A输出的电流I_M。另外，当开关SW1切换至与端子T1连接时，由电压测量单元V测量的电压U_M与电流源A输出的电流I_M具有以下关系：

U_M＝I_M×(R_T+R_L1+R_L2) (1)

如图3所示，当开关SW1切换到与端子T2连接时，由电压测量单元V测量的电压U_M*与电流I_M具有以下关系：

U_M*＝I_M×(R_T+R_L2) (2)

又由于R_L1＝R_L2 (3)

因此，由上式(1)～(3)可以计算得出：

R_L1＝R_L2＝R_L3＝(U_M-U_M*)/I_M (4)

R_T＝(2U_M*-U_M)/I_M (5)

由此，可以计算得出电缆的等效电阻R_L1和传感器100的等效电阻R_T的值。

已经注意到，如果R_L3的值远小于电压测量设备(即电压测量单元V)的输入电阻，则R_L3对R_T的测量没有影响。

如果将额外的一个识别电阻R_ID添加到图3的电路图中，所得到的电路图如图4所示。图4示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器三线连接时的电路图。如图4所示，识别电阻R_ID连接在传感器100与变送器200的端子T2之间，即识别电阻R_ID与连接至端子T2的电缆的等效电阻R_L3串联。

在图4中，当开关SW1与端子T1连接时，电压测量单元V测量的电压U_M14与I_M具有以下关系：

U_M14＝I_M×(R_T+R_L1+R_L2) (6)

当开关SW1切换到与端子T2连接时，电压测量单元V测量的电压U_M24与I_M具有以下关系：

U_M24＝I_M×(R_T+R_L2) (7)

基于参考图4所描述的计算，则此时仍有

R_L1＝R_L2＝R_L3＝(U_M14-U_M24)/I_M (8)

当在变送器200中添加开关SW2时，可以用来切换电路连接，以对识别电阻R_ID的阻值进行测量。图5示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器三线连接时的又一电路图。图5示出的电路图在图4所示的电路图的基础上进一步添加了开关SW2。开关SW2的一端连接到连接点O，连接点O是电压测量单元V的与开关SW1相连的一侧相反的另一侧与电流源A的连接点，开关SW2的另一端在端子T2、T4之间切换连接。图4所示的电路图也可看作图5的开关SW2连接到端子T4的状态下的电路图。

如图5所示，此时开关SW1连接到端子T1，开关SW2连接到端子T2。注意，此时电流源A与端子T4的连接断开。因此，电压测量单元V测量的电压U_M12与电流源A输出的电流I_M12具有以下关系：

U_M12＝I_M12×(R_ID+R_L1+R_L3) (9)

由于R_L1和R_L3的值通过上式(8)已知，因此可以计算出R_ID：

R_ID＝U_M12/I_M12–2(U_M14-U_M24)/I_M (10)

当I_M＝I_M12时，上式可以简化为

R_ID＝(U_M12+2U_M24-2U_M14)/I_M (10-1)

也就是说，在RTD传感器与变送器三线连接的情况下，通过切换开关以测量端子T1与T2之间的电压U_M12、端子T1与T4之间的电压U_M14、以及端子T2与T4之间的电压U_M24并记录对应的电流源A的电流，就可以得到连接在传感器100与变送器200之间的识别电阻R_ID的阻值。

应注意，以上针对RTD传感器三线连接是RTD传感器与变送器的端子T1、T2、T4连接的情况，描述了对识别电阻R_ID的计算。类似地，可以设想RTD传感器与变送器三线连接是RTD传感器与变送器的端子T1、T3、T4连接的情况，此时对识别电阻R_ID的计算可以参考上式(10)将计算式中与端子T2相关的测量量替换为与端子T3相关的测量量来进行。

通过将识别电阻R_ID的阻值与其所连接的RTD传感器的类型唯一地对应，在测量了R_ID的值之后，就可以确定此时连接的RTD传感器的类型。在本文中，传感器100的类型与R_ID的值的对应关系可以预先存储在变送器中。该对应关系可以以查找表的形式存储。表1示出了该查找表的一个示例。在表1中，“Pt”编号的传感器是RTD传感器，并且“TC”编号的传感器是TC传感器。

表1

上表1中所示的识别电阻R_ID的阻值以及该值所对应的传感器的类型仅是示例，只要所选取的R_ID的阻值能够按以上描述的公式来计算，且所选取的R_ID的任一阻值仅与一个传感器的类型唯一对应即可。在根据本发明的示例性实施例中，R_ID也可以依次取值20欧姆、23欧姆、25欧姆、29欧姆、43欧姆、45欧姆，且分别对应于Pt50IEC、Pt100IEC、Pt1000、TC-K、TC-J、TC-B类型的传感器。

当RTD传感器与变送器处于四线连接时，类似地，可以将识别电阻R_ID添加至RTD传感器100与变送器200之间，且与连接到端子T2的电缆串联。传感器与变送器四线连接表示传感器的一侧连接到变送器的两个端子、且另一侧连接到变送器的其余的两个端子。图6示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器四线连接时的电路图。

在图6中，与图5中所示标号相同的标号具有相同的含义。另外，在图6中，RTD传感器的与端子T4相连的一侧还通过电缆连接到端子T3，该电缆的等效电阻由R_L4表示。开关SW3的一端连接到电压测量单元V的与开关SW1相连的一侧相反的另一侧，另一端在端子T3与连接点O之间切换连接。

如图6所示，此时，电流源A仍然连接到端子T1和T4，电流源A经由端子T1和T4与传感器100形成电流回路。开关SW1连接到端子T2、开关SW2连接到端子T4、并且开关SW3连接到端子T3，因此电压测量单元V与连接点O之间的连接断开、且与端子T1的连接断开，电压测量单元V测量第二端子T2与第三端子T3之间的电压。

因此，此时电压测量单元V测量的电压U_M23与电流源A输出的I_M具有以下关系：

U_M23＝I_M×R_T (11)

当切换开关SW1、SW3的位置使电流源A连接到端子T1和T4、电压测量单元V测量端子T1与T4之间的电压时，此时电压测量单元测量的电压U_M14与电流源A输出的电流I_M具有式(6)所示的关系。当再切换开关SW2的位置使电流源A连接到端子T1和T2、电压测量单元V如图5所示测量端子T1与T2之间的电压时，此时电压测量单元V测量的电压U_M12与I_M12具有式(9)所示的关系。

因此，可以从式(12)计算出识别电阻R_ID：

R_ID＝U_M12/I_M12-(U_M14-U_M23)/I_M (12)

当I_M＝I_M12时，上式可以简化为：

R_ID＝(U_M12-U_M14+U_M23)/I_M (12-1)

通过在查找表中查找与计算的R_ID的值相对应的传感器的类型，就可以确定此时连接的RTD传感器的类型。

以上参考图5、图6描述的三线连接和四线连接情况下，识别电阻R_ID均位于RTD传感器和变送器之间，与RTD传感器和连接到端子T2的电缆串联。在实践中，识别电阻R_ID可以与在RTD传感器集成在同一壳体内、或者分别处于不同的壳体内。

还可以设想，在RTD传感器与变送器为三线连接和四线连接的情况下，识别电阻R_ID不仅可以设置在RTD传感器与变送器的端子之间，而且可以设置在变送器的内部。当与RTD传感器相关联的识别电阻R_ID设置在变送器内部时，变送器内部可以设置多条具有不同的识别电阻R_ID的支路，通过支路上的开关可以控制识别电阻R_ID的支路与电流源A的连接或断开，以通过测量多种情况下的电压来得到R_ID的阻值。其中，具有识别电阻R_ID的每条支路与一种类型的RTD传感器相关联，该关联关系可以提前存储在变送器的微芯片中。并且该微芯片中还存储有基于该关联关系的预编码程序使得当一种类型的传感器与变送器连接时，与该传感器对应的识别电阻的支路连接到电流源A。识别电阻R_ID的阻值与RTD传感器的类型的对应关系也预先存储在微芯片中，通过电压测量得到R_ID的阻值后，即可获得对应的RTD传感器的类型。

在RTD传感器与变送器为二线连接的情况下，识别电阻R_ID仅能够设置在变送器的内部。RTD传感器二线连接指传感器的两侧各自连接到变送器的一个端子。图7示出了根据本发明实施例的RTD传感器与变送器二线连接时的电路图。

如图7所示，此时RTD传感器的两侧分别连接到变送器200的端子T1和T4，变送器200的端子T2和T3悬空。此外，在变送器200的内部，在微芯片的控制下，当变送器切换为与此RTD传感器连接时，具有与该RTD传感器对应的识别电阻R_ID的支路可以通过单刀单掷开关SW4与端子T1连接或断开。变送器200在电压测量单元与电流源A的连接点O处还具有切换开关SW5，开关SW5的一端在端子T4与支路上的识别电阻R_ID与开关SW4连接的端相反的另一端之间切换连接。因此，识别电阻R_ID所在支路可以断开RTD传感器100与电流源A的连接、与电流源A形成回路，或者该支路与电流源断开、使RTD传感器100与电流源A形成回路。

当开关SW5切换至与识别电阻R_ID连接、并且开关SW4闭合时，RTD传感器100与变送器200的连接断开，仅识别电阻R_ID连接到电流源A的两侧。此时，电压测量单元V测量的电压U_M1即为识别电阻R_ID两端的电压，利用此时恒流源A输出的电流I_M1，识别电阻R_ID可以直接通过下式计算：

R_ID＝U_M1/I_M1 (13)

通过在查找表中查找与计算的R_ID的值相对应的传感器的类型，就可以确定在此二线连接下的RTD传感器的类型。

在确定二线连接下的RTD传感器的类型之后，可以将开关SW4断开、并将开关SW5切换至与端子T4连接。这样，识别电阻R_ID所在支路与电流源A的连接断开、且RTD传感器与变送器200正常连接。此时，可以避免识别电阻R_ID对正常工作状态下的变送器200的操作的影响。

对于TC传感器的情况，可以设想识别电阻R_ID设置在TC传感器和变送器之间、或者设置在变送器内部。

图8示出了根据本发明实施例的TC传感器与变送器连接时的电路图。如图8所示，识别电阻R_ID设置在TC传感器和变送器的端子T2之间，与连接到端子T2的铜导线串联。TC传感器的一端连接到变送器200的端子T1，另一端经由识别电阻R_ID连接到变送器200的端子T2。在变送器200内，端子T1和T2分别连接到电流源A的两侧，变送器200的端子T3和T4悬空。图8中示出了识别电阻R_ID与连接到端子T2的铜导线串联的情况。

在图8中，由于TC传感器由两种材质的金属构成，TC传感器的等效电阻可忽略，并且由于TC传感器与变送器200通过铜导线连接，因此连接导线的等效电阻也可忽略。因此，在图8中，利用此时电压测量单元V测量的电压U_M12和此时恒流源A输出的电流I_M12，识别电阻R_ID可以直接通过下式计算：

R_ID＝U_M12/I_M12 (14)

图9示出了根据本发明又一实施例的TC传感器与变送器连接时的电路图。如图9所示，识别电阻R_ID设置在变送器200的内部，并且一端连接到电流源A而另一端通过单刀单掷开关SW6连接到电流源A的另一侧或与其断开。开关SW6类似于图7所示开关SW4，使识别电阻R_ID所在支路连接到电流源A或与其断开。TC传感器的两端分别直接连接到变送器200的端子T1和T2。此时识别电阻R_ID的阻值可以参考式(13)来计算。待确定TC传感器的类型后，使识别电阻R_ID与电流源A断开，并且TC传感器经由端子T1、T2与电流源A形成回路(图未示)。在实践中，可以在变送器的微芯片中预编码程序，使得当变送器切换为与一新的传感器连接时，与该传感器对应的识别电阻R_ID所在的支路与电流源A并联以测量识别电阻R_ID的阻值，并在测量之后使该支路与电流源A断开连接。

以上描述了在根据本发明实施例的识别传感器的类型的方法中，在RTD传感器与变送器二线连接、三线连接、四线连接、以及TC传感器与变送器连接的情况下对电路中设置的识别电阻R_ID的计算。在传感器以不同的连接方式与变送器连接时，用于计算识别电阻R_ID的公式也不同。因此，在识别传感器的类型的方法中，在计算识别电阻R_ID之前，需要先确定传感器与变送器的连接方式是RTD传感器二线连接、RTD传感器三线连接、RTD传感器四线连接、以及TC传感器连接中的哪一种。特别地，在根据本发明实施例的识别传感器的类型的方法中，当传感器100经由识别电阻R_ID连接到端子T2时，需要先确定传感器与变送器的连接方式是RTD传感器三线连接、RTD传感器四线连接、以及TC传感器连接中的哪一种。

图10a、图10b和图10c示出了在根据本发明实施例的方法中通过电压测量来确定传感器的连接方式的电路图。具体地，在图10a至图10c中，以RTD传感器四线连接为例示出了通过电压测量来确定传感器的连接方式的电路图。图10a示出了当电流源A与端子T1、T4连接时，由电压测量单元V测量端子T1、T4之间的电压U_M14的电路图。图10b示出了当电流源A与端子T1、T2连接时，由电压测量单元V测量端子T1、T2之间的电压U_M12的电路图。图10c示出了当电流源A与端子T1、T4连接时，由电压测量单元V测量端子T2、T3之间的电压U_M23的电路图。

从图10a、图10b以及图10c可以看出，在四线连接的RTD传感器的情况下，此时，存在U_M14>0，U_M12>0，且U_M23>0。

类似地，可以得到在二线连接的RTD传感器的情况下，存在U_M14>0，U_M12＝0，且U_M23＝0；在三线连接的RTD传感器的情况下，存在U_M14>0，U_M12>0，且U_M23＝0；在TC传感器的情况下，存在U_M14＝0，U_M12>0，且U_M23＝0。

因此，通过测量电压U_M14、U_M12、U_M23，就可以唯一地确定传感器的连接方式。下表2列出了测量的电压与传感器连接方式的关系。

表2

应理解，在RTD传感器通过端子T1、T4与电流源A形成回路、TC传感器通过端子T1、T2与电流源A形成回路的情况下，还可以通过测量其他端子间的电压来确定传感器连接方式。

应注意，上述表中列出的电压的正负取决于电流源A输出的电流的方向。因此，当电流源A输出的电流的方向为逆时针时，电压测量单元V测得的非零电压为正电压；当电流源A输出的电流的方向为顺时针时，电压测量单元V测得的非零电压为负电压，即此时上表中所示的大于0处的电压均变为小于0。

在确定连接方式之后，通过参考图5至图9所描述的计算方法即可计算出此时附接的识别电阻R_ID的阻值。通过在变送器的查找表中查找与识别电阻R_ID的阻值相对应的传感器的类型，即可唯一地确定在本连接方式下的传感器的类型。

应注意，虽然在上述方法中描述了在RTD传感器的情况下，电流源A通过端子T1和T4与RTD传感器连接(即RTD传感器的两端至少分别连接到电流源A的端子T1和T4)，并且在TC传感器的情况下，电流源A通过端子T1和T2与TC传感器连接(即TC传感器的两端分别连接到电流源A的端子T1和T2)，但是也可以考虑其他连接方式，只要RTD传感器连接的两端子不同于TC传感器连接的两端子即可。

应注意，本文中的第一端子T1、第二端子T2、第三端子T3、以及第四端子T4的名称并非通过顺序来限定，而是由其连接方式来限定。在连接方式保持不变的情况下，也可将第一端子T1、第二端子T2、第三端子T3、第四端子T4分别称作第四端子T4、第三端子T3、第二端子T2、第一端子T1。

应注意，查找表可以存储在变送器的微芯片中。在该微芯片中，还可以存储与每一种传感器的类型相对应的传感器配置参数。在确定传感器的类型之后，变送器可以直接调用与确定的传感器的类型相对应的配置参数来配置传感器，从而加快了传感器的配置过程。

在该微芯片中，还可以存储有用于执行上述方法的程序。该程序被配置为当变送器切换到与一个新的传感器连接时，自动执行上述确定传感器的类型及配置传感器的过程。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.识别与变送器连接的传感器的类型的方法，其特征在于，所述变送器包括第一端子(T1)、第二端子(T2)、第三端子(T3)、第四端子(T4)、电流源(A)和电压测量单元(V)，电压测量单元(V)测量任意两个端子之间的电压，所述传感器(100)具有识别电阻(R_ID)，所述电流源(A)的一侧经由第一端子(T1)连接至传感器(100)的第一侧，电流源(A)的另一侧能够在第二端子(T2)至第四端子(T4)之间切换连接，所述传感器(100)的识别电阻(R_ID)连接至所述第二端子(T2)，所述传感器(100)的第二侧连接至所述第二端子(T2)、或所述第四端子(T4)、或所述第四端子(T4)和所述第三端子(T3)，所述方法包括：

获取在所述电流源(A)连接到第一端子(T1)和第四端子(T4)状态下的所述电流源(A)输出的第一电流值(I_M)、所述第一端子(T1)和所述第四端子(T4)之间的第一电压(U_M14)、以及第二端子(T2)和第三端子(T3)之间的第二电压(U_M23)，

获取在所述电流源(A)连接到第一端子(T1)和第二端子(T2)状态下的所述电流源(A)输出的第二电流值(I_M12)、所述第一端子(T1)和所述第二端子(T2)之间的第三电压(U_M12)，

获取第一表，所述第一表限定了第一电压(U_M14)、第二电压(U_M23)和第三电压(U_M12)与传感器(100)到变送器(200)的连接方式之间的对应关系，

基于所述第一电压、所述第二电压、以及所述第三电压，从所述第一表确定所述传感器(100)到所述变送器(200)的连接方式，

根据确定的连接方式，从获取的电压和电流值计算所述识别电阻(R_ID)的阻值，

获取第二表，所述第二表限定了所述识别电阻(R_ID)的阻值与所述传感器(100)的类型的对应关系，以及

基于计算的所述识别电阻的阻值，从所述第二表确定所述传感器的类型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接方式是电阻温度检测器传感器三线连接、电阻温度检测器传感器四线连接、以及热电偶传感器连接中的一种，所述电阻温度检测器传感器三线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到所述第一端子(T1)和所述第二端子(T2)且所述电阻温度检测器传感器的第二侧连接到所述第四端子(T4)，所述电阻温度检测器传感器四线连接指电阻温度检测器传感器的第一侧连接到所述第一端子(T1)和所述第二端子(T2)且所述电阻温度检测器传感器的第二侧连接到所述第四端子(T4)和所述第三端子(T3)，所述热电偶传感器连接指热电偶传感器的第一侧连接到所述第一端子(T1)且所述热电偶传感器的第二侧连接到所述第二端子(T2)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述第一表确定所述连接方式包括：

在所述第一电压(U_M14)不为0、第二电压(U_M23)为0、所述第三电压(U_M12)不为0时，确定所述连接方式是所述电阻温度检测器传感器三线连接，

在所述第一电压(U_M14)不为0、第二电压(U_M23)不为0、所述第三电压(U_M12)不为0时，确定所述连接方式是所述电阻温度检测器传感器四线连接，并且

在所述第一电压(U_M14)为0、第二电压(U_M23)为0、所述第三电压(U_M12)不为0时，确定所述连接方式是所述热电偶传感器连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述连接方式是所述电阻温度检测器传感器四线连接时，计算所述识别电阻(R_ID)的阻值包括通过下式计算所述识别电阻(R_ID)的阻值：

R_ID＝U_M12/I_M12-(U_M14-U_M23)/I_M。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述连接方式是所述电阻温度检测器传感器三线连接时，计算所述识别电阻(R_ID)的阻值包括进一步获取在所述电流源连接到所述第一端子和所述第四端子状态下的第二端子和第四端子之间的第四电压(U_M24)，并且通过下式计算所述识别电阻(R_ID)的阻值：

R_ID＝U_M12/I_M12–2(U_M14-U_M24)/I_M。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述连接方式是所述热电偶传感器连接时，计算所述识别电阻(R_ID)的阻值包括通过下式计算所述识别电阻(R_ID)的阻值：

R_ID＝U_M12/I_M12。

7.变送器，其特征在于，包括：

电流源(A)，在所述变送器(200)的电路中提供电流；

第一端子(T1)、第二端子(T2)、第三端子(T3)、第四端子(T4)，电流源(A)的一侧经由所述第一端子(T1)连接至传感器(100)的第一侧，所述电流源(A)的另一侧能够在所述第二端子(T2)至所述第四端子(T4)之间切换连接，所述传感器(100)经由识别电阻(R_ID)连接至所述第二端子(T2)，所述传感器(100)的第二侧连接至所述第二端子(T2)、或所述第四端子(T4)、或所述第四端子(T4)和所述第三端子(T3)，并且所述识别电阻(R_ID)的阻值对应于所述传感器(100)的类型；

电压测量单元(V)，测量任意两个端子之间的电压；

处理单元(202)；以及

存储单元(204)，预先存储了第一表、第二表和程序，所述第一表限定了第一电压(U_M14)、第二电压(U_M23)和第三电压(U_M12)与传感器(100)到变送器(200)的连接方式之间的对应关系，所述第二表限定了所述识别电阻(R_ID)的阻值与所述传感器(100)的类型的对应关系，所述程序在所述变送器(200)连接到新的传感器(100)时由所述处理单元(202)执行，以执行权利要求1至6中任一项所述的方法。

8.根据权利要求7所述的变送器，其特征在于，所述处理单元(202)和所述存储单元(204)集成为微芯片。

9.根据权利要求7或8所述的变送器，其特征在于，所述变送器(200)还包括多个切换开关，所述电流源(A)在所述变送器(200)的不同的端子之间的切换连接和所述电压测量单元(V)在所述变送器的不同的端子之间的切换连接通过所述处理单元(202)控制所述多个切换开关来执行。

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