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、零位輸出調整WZ、滿度輸出調整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，輸出穩定、溫漂小、調試簡單。
【專利說明】二線制溫度變送器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及溫度采集計量工作領域，具體涉及一種二線制溫度變送器。
【背景技術】
[0002]溫度變送器的設計和開發、已經有很多類型和款式，但是目前市場上現有的溫度變送器、往往只具備其中部分功能。導軌式溫度變送器，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，轉換精度都比較低，往往只滿足工業要求0.5% FS、少數廠家0.25%FS、也不是本安防爆電路，當然進口產品能做到高精度的、但是價格也相當的昂貴、是國產價格的十幾倍，甚至更高。
實用新型內容
[0003]針對上述技術問題，本實用新型提供了一種二線制溫度變送器，能廣泛應用在工業自動化系統要求對溫度進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腳與調零電位器的電源輸入端連接，調零電位器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腳電壓輸出端經電阻Rlin2與調零電位器信號端I相連，調零電位器WZ信號端I經電阻R3和電流變送器的2腳輸入端負端連接，溫度傳感器的信號端2和調零電位器WZ的信號端2經電阻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電源負極經電阻Rload接地。
[0005]所述調零電位器WZ與電阻R5并聯，滿度電位器WS與電阻R6并聯，電阻R4與電容C4并聯。
[0006]所述電流變送器的13腳經電容C2接地；電流變送器的2腳經電容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、經過特殊的線性化處理后、輸出標準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、零位輸出調整WZ、滿度輸出調整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，輸出穩定、溫漂小、調試簡單；而且此電路滿足本安防爆電路設計要求，能廣泛應用在工業自動化系統要求對溫度進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)、鍋爐系統熱量計量(對進水溫度、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]下面結合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明:
[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腳電壓輸出端經電阻Rlin2與調零電位器信號端I相連，調零電位器WZ信號端I經電阻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
號負端Vin-。
[0013]溫度傳感器的信號端2和調零電位器WZ的信號端2經電阻R4與電流變送器的6腳連接，電阻R4兩端并聯有電容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腳經電阻Rload接地，24V電源負極接地。
[0014]調零電位器與電阻R5并聯，滿度電位器與電阻R6并聯，電阻R4與電容C4并聯。為了是產品輸出信號穩定、溫度漂移影響小、也使電位器調整方便，在調零電位器WZ兩端并上電阻R5。根據溫度范圍確定調零電位器的電阻RZ大小，選擇電阻R5比調零電位的電阻RZ阻值大，然后選擇多圈的可調電位器，目的使調零電位器WZ不至于很靈敏，避免電位器稍微移動，輸出就產生很大變化。同時在滿度電位器WS兩端并上電阻R6，根據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電位器，使滿量程輸出時電位器調整時輸出變化小。
[0015]電流變送器的13腳經電容C2接地；電流變送器的2腳經電容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芯片內部的V/I轉換電路進行變換，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，轉換成標準的電流信號DC4?20mA
[0018]當溫度為0°C時，PtlOO溫度傳感器電阻為100.000 Ω、(根據國家標準，有表可查)
[0019]調整調零電位器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]操作人員只需要調整滿度電位器WS就可以使輸出信號為20mA。
[0024]根據國家標準、溫度傳感器的鉬電阻PtlOO的輸出電阻值R(t)與溫度T的關系(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Ul專用芯片的介紹和內部框圖，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對應的電阻值(根據國家標準，直接查表可知)，
[0031]RZ:溫度量程下限時Tmin對應的電阻值，
[0032]Rl:溫度量程中間點時(Tmin+Tmax)/2對應的電阻值，
[0033]Rlin:芯片內部電阻值IkQ
[0034]Rg = 2 (R2 — RZ) X (Rl — RZ) + (R2 — Rl)
[0035]當溫度變送器要求將溫度O?200°C，轉換成標準的電流信號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、產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。可將Rlinl直接轉化成3個電阻的組合R7+R8//R8* ;同樣的。也將Rlin2直接轉化成3個電阻的組合R9+R10//R10*，如圖2所示。
[0043]經計算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。當每個產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，本領域的技術人員可以對本實用新型進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利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
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腳與調零電位器的電源輸入端連接，調零電位器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腳電壓輸出端經電阻Rlin2與調零電位器信號端I相連，調零電位器WZ信號端I經電阻R3和電流變送器的2腳輸入端負端連接，溫度傳感器的信號端2和調零電位器WZ的信號端2經電阻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電源負極經電阻Rload接地。
2.根據權利要求1所述的二線制溫度變送器，其特征在于調零電位器WZ與電阻R5并聯，滿度電位器WS與電阻R6并聯，電阻R4與電容C4并聯。
3.根據權利要求1所述的二線制溫度變送器，其特征在于電流變送器的13腳經電容C2接地；電流變送器的2腳經電容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 優先權日:2014年7月31日
【發明者】陳龍軍, 李梓固 申請人:武漢松野智能儀表有限公司