CN205748733U - 一种三线制压力变送器 - Google Patents

Abstract

一种三线制压力变送器，属于压力测量技术领域。包括压力传感器，其特征在于：压力传感器的输出端连接仪表放大模块的输入端，仪表放大模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端连接D/A转换模块的输入端，D/A转换模块的输出端连接V/I转换模块的输入端，V/I转换模块的输出端为变送输出端；还设置有为压力传感器、仪表放大器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、V/I转换模块以及CPU模块进行供电的供电单元。本实用新型的三线制压力变送器，具有结构简单，性能可靠，精度高的优点，尤其适用于具有三线制要求的PLC使用。

Description

一种三线制压力变送器

技术领域

一种三线制压力变送器，属于压力测量技术领域。

背景技术

目前，在工业应用中压力变送器是一种常见的压力检测仪表。在现有技术的压力变送器一般为二线制压力变送器，即供电电压输入端以及变送电流输出端共用两条导线。也有一部分为四线制压力变送器，即供电电压输入端以及变送电流输出端分别各自使用两条导线。

但在实际应用时，仍有一部分PLC设备具有传统的三线制输入，而这二线制和四线制的压力变送器都不能满足三线制PLC设备的需要。部分压力变送器由于采用模拟电路的分立元件搭成即便能满足三线制4~20mA输出需求，但其成本高，精度低，而且生产调试复杂，需要不停的更换整线路上的零位、满度电阻值来满足4~20mA电流输出要求，这种4~20mA电路极大的浪费了人力、财力，而且线路板的可维护性极差。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，性能可靠，尤其适用于具有三线制要求的PLC使用的三线制压力变送器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该三线制压力变送器，包括压力传感器，其特征在于：压力传感器的输出端连接仪表放大模块的输入端，仪表放大模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端连接D/A转换模块的输入端，D/A转换模块的输出端连接V/I转换模块的输入端，V/I转换模块的输出端为变送输出端；还设置有为压力传感器、仪表放大器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、V/I转换模块以及CPU模块进行供电的供电单元。

优选的，在所述的仪表放大器模块的参考电压输入端连接有电压跟随模块。

优选的，所述的电压跟随模块为集成运算放大器U4以及电阻R8~R9组成的电源跟随器电路，其中供电电源串联电阻R8之后同时并联电阻R9的一端以及集成运算放大器芯片U4的同相输入端，集成运算放大器芯片U4反相输入端以及输出端同时连接所述的仪表放大器模块的参考电压输入端。

优选的，所述的供电单元包括外部电源、电源转换模块以及为所述的压力传感器供电的恒流源模块，外部电源接入电源转换模块的输入端，电源转换模块的输出端同时与恒流源模块以及所述的仪表放大器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、CPU模块的供电输入端连接；外部电源与V/I转换模块的供电输入端连接。

优选的，设置有与所述的CPU模块的输入端连接的按键处理模块，所述的供电单元接入按键处理模块。

优选的，设置有用于显示的LED单元，所述的CPU模块的输出端连接LED单元内的LED驱动模块。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、本实用新型的三线制压力变送器，具有结构简单，性能可靠，精度高的优点，尤其适用于具有三线制要求的PLC使用。

2、CPU模块采用微芯公司的PIC系列单片机，体积小、耗能低、而且价格低廉，降低了设计成本。

3、V/I转换模块将D/A转换模块输出的压力信号转换成三线制4～20mA/DC工业信号，供后续的三线制PLC设备使用，从而完成工业过程压力自动化控制。

4、通过设置按键处理模块，在生产过程中只需简单的几步操作就可完成参数设置和线性校准，操作方便。

4、在仪表放大模块的参考电压输入端连接了电压跟随器模块输出的电压，避免了有的压力传感器在零位输出微小的负信号，而仪表放大模块又不能放大负信号，导致此负信号丢失或失真，造成在此负信号压力下输出的电压不准的现象，新增的电压跟随器电路，其输出的电压直接连接仪表放大模块的参考电压输入端，相当于提高了参考电压的值，通过此操作可以将压力传感器零位输出的负信号转换为正信号，进而可以进行正常的放大及A/D转换操作，从而提高了整个线路板的测量精度。

附图说明

图1为三线制压力变送器原理方框图。

图2为三线制压力变送器电路原理图。

具体实施方式

图1~2是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~2对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种三线制压力变送器，包括：CPU模块，压力传感器、仪表放大模块、恒流源模块、电压跟随模块、A/D转换模块，按键处理模块、LED驱动模块、电源转换模块、D/A转换模块以及V/I转换模块。

压力传感器的输出端与仪表放大模块的输入端相连，仪表放大模块的输出端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端连接CPU模块的信号输入端，按键处理模块的输出端同时与CPU模块的信号输入端相连。CPU模块的信号输出端同时与LED驱动模块和D/A转换模块的输入端相连，D/A转换模块的输出端同时与V/I转换模块的输入端相连，V/I转换模块的输出端输出4~20mA电流信号，上述的压力传感器通过恒流源模块输出的恒流源信号驱动工作，在上述的仪表放大器的电压参考端还连接有电压跟随模块。

还设置有与上述恒流源模块、电压跟随模块、LED驱动模块、仪表放大模块、A/D转换模块、D/A转换模块、按键处理模块以及CPU模块的电源输入端相连的电源转换模块，通过电源转换模块为上述的各模块提供工作所需的电压。接入电源转换模块输入端的输入电源为外部接入的24V直流电源，在本三线制压力变送器中，直接将PLC输出端提供的24V直流电源引入作为外接电源，PLC直流电源同时为V/I转换模块提供工作电源。

压力传感器在恒流源模块的驱动下工作，并将感受到的压力信号转换为毫伏级的电压信号送入仪表放大模块中进行放大，并将放大后的信号送入A/D转换模块进行模数转换，并由A/D转换模块将转换得到的数字信号送入CPU模块内。CPU模块接收到A/D转换模块送入的数据之后进行处理，通过LED驱动模块驱动LED进行显示，同时将处理后的数据送入D/A转换模块内进行数模转换，经D/A转换模块转换得到的模拟信号送入V/I转换模块内，由V/I转换模块进行变送输出。

通过在仪表放大模块的电压参考端设置电压跟随模块，电压跟随模块输出的电压抬高了仪表放大模块的参考端电压，因此当压力传感器输出的信号为负压信号时，可以将压力传感器零位输出的负信号转换为正信号，避免了仪表放大模块不能放大负信号的弊端，提高了整个线路板的精度。在本三线制压力变送器工作过程中，同时可通过按键处理模块向CPU模块输入信号，对本三线制压力变送器进行设置和调试，如校准操作，简化了车间的生产调试过程。

在图2所述的本三线制压力变送器的电路原理图中，由电阻R1~R3、电容C1以及集成运算放大器组成的恒流源电路的输出端连接到压力传感器RP的输入端，为压力传感器RP进行供电。压力传感器RP的输出端分别连接仪表放大器芯片U5的信号输入端：3脚和2脚，仪表放大器芯片U5的1脚和8脚之间连接增益电阻RG，仪表放大器芯片U5的5脚为电压参考端，在该管脚上连接有由集成运算放大器U4以及电阻R8~R9、电容C3组成的电压跟随器电路。仪表放大器芯片U5为上述的仪表放大器模块，集成运算放大器U4以及电阻R8~R9组成的电压跟随器电路为上述的电压跟随模块，其中供电电源串联电阻R8之后同时并联电阻R9的一端以及集成运算放大器芯片U4的同相输入端，集成运算放大器芯片U4反相输入端以及输出端同时连接所述的仪表放大器芯片U5的参考电压输入端。

仪表放大器芯片U5的信号输出端6脚串联电阻R7之后同时并联电容C2的一端以及集成芯片U6的1脚，电容C2的另一端接地。集成芯片U6的2脚和6脚接地，其输出端3脚和4脚分别连接集成芯片U1的15脚和16脚，集成芯片U6为上述的A/D转换模块，集成芯片U1为上述的CPU模块。

电源VCC同时并联电阻R11~R13的一端，电阻R11的另一端同时并联集成芯片U1的5脚和按键DOWN的一端，按键DOWN的另一端串联电阻R4接地；电阻R12的另一端同时并联集成芯片U1的4脚和按键UP的一端，按键UP的另一端串联电阻R5接地；电阻R13的另一端同时并联集成芯片U1的3脚和按键SET的一端，按键SET的另一端串联电阻R6接地。电阻R4~R6、电阻R11~R13以及按键SET、按键UP、按键DOWN组成上述的按键处理模块。

集成芯片U1的27脚和28脚分别连接LED显示屏U8的2脚和4脚，LED显示屏U8的1脚连接电源VCC，3脚接地。LED显示屏U8内置上述的LED驱动模块，用于驱动LED显示屏U8上的LED进行显示。

集成芯片U1的20脚~22脚分别连接集成芯片U7的2脚、6脚和1脚，集成芯片U7的输出端3脚串联电阻R10后连接集成芯片U2的输入端6脚，集成芯片U6和集成芯片U2分别为上述的D/A转换模块和V/I转换模块。集成芯片U6的1脚为供电端，接入PLC输出端提供的24V直流电源；集成芯片U6的3脚输出4~20mA电流信号；集成芯片U6的接地端为24V供电电源负极以及4~20mA电流信号共用的负极，实现了本三线制压力变送器的三线制接线。

具体工作过程及工作原理如下：

恒流源模块为压力传感器提供工作电流，压力传感器将压力信息及采集到的压力毫伏差分信号传递给仪表放大器模块，由于压力传感器为扩散硅压阻式传感器，在零位有时会输出微小的负信号，为了后端的仪表放大器模块能放大这个微小的负信号，所以在仪表放大器模块的电压参考端连接了电压跟随模块，通过电压跟随模块输出的电压将电压参考端的电压抬高，以便将压力传感器输出的负信号转换为正信号，仪表放大器模块根据增益电阻RG的大小来确定放大倍数，将采集到的差分信号放大成伏级信号，给后端的A/D转换模块提供输入信号，通过A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号送入CPU模块。

CPU模块将转换后的数字信号通过数据滤波、计算、处理后，通过LED驱动电路模块将处理后的结果通过LED显示出来，通过按键处理电路模块，可设置仪表参数及进行线性校准。D/A转换模块通过SPI总线与CPU模块相连，D/A转换模块输出的电压信号为后端的V/I转换模块提供输入电压，通过V/I转换模块调理输出三线制的4~20mA信号，即24VDC电源正一根线、4~20mA信号输出正一根线、24V电源负端和4~20mA信号负端共用一根线，满足后端三线制PLC设备的需求。

在本三线制压力变送器中，CPU模块1采用微芯公司的PIC18F25K80系列单片机，该系列单片机具有体积小、功耗低、价格低廉的优点。V/I转换模块采用型号为XTR111的集成芯片实现，来实现标准的三线制4~20mA信号输出，供后续的三线制PLC设备使用，从而完成工业过程压力自动化控制。

优选的电压跟随模块，与仪表放大器模块3的REF参考端电联接，电压跟随模块输出的电压抬高了仪表放大器模块3的REF端电压，从而可以将压力传感器2零位输出的负信号转换为正信号，避免了仪表放大器模块3不能放大负信号的弊端，提高了整个线路板的精度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种三线制压力变送器，包括压力传感器，其特征在于：压力传感器的输出端连接仪表放大模块的输入端，仪表放大模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端连接D/A转换模块的输入端，D/A转换模块的输出端连接V/I转换模块的输入端，V/I转换模块的输出端为变送输出端；还设置有为压力传感器、仪表放大器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、V/I转换模块以及CPU模块进行供电的供电单元。

2.根据权利要求1所述的三线制压力变送器，其特征在于：在所述的仪表放大器模块的参考电压输入端连接有电压跟随模块。

3. 根据权利要求2所述的三线制压力变送器，其特征在于：所述的电压跟随模块为集成运算放大器U4以及电阻R8~R9组成的电源跟随器电路，其中供电电源串联电阻R8之后同时并联电阻R9的一端以及集成运算放大器芯片U4的同相输入端，集成运算放大器芯片U4反相输入端以及输出端同时连接所述的仪表放大器模块的参考电压输入端。

4. 根据权利要求1所述的三线制压力变送器，其特征在于：所述的供电单元包括外部电源、电源转换模块以及为所述的压力传感器供电的恒流源模块，外部电源接入电源转换模块的输入端，电源转换模块的输出端同时与恒流源模块以及所述的仪表放大器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、CPU模块的供电输入端连接；外部电源与V/I转换模块的供电输入端连接。

5. 根据权利要求1所述的三线制压力变送器，其特征在于：设置有与所述的CPU模块的输入端连接的按键处理模块，所述的供电单元接入按键处理模块。

6. 根据权利要求1所述的三线制压力变送器，其特征在于：设置有用于显示的LED单元，所述的CPU模块的输出端连接LED单元内的LED驱动模块。