扩散硅式差压变送器

3.2.3.扩散硅式差压变送器

构成框图：扩散硅压阻传感器前置放大器调零电路V－I转换△PUSU01UZIO检测部分电磁放大部分1整机电路图

－+RETURN2测量部分——扩散硅压阻传感器——把被测差压ΔP成比例地转换为不平衡电压US

1.负压室2.正压室3.硅杯4.引线5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri43测量部分——惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝R4测量部分——电压转换＋US－Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：△Ri1＝△Ri4＝r1

△Ri2＝△Ri3＝r2受压时，流经2桥臂的电流始终相等5传感器供电电路为传感器提供恒定的桥路工作电流设：稳压管VZ1提供的电压为UZ1UT＝UZ1UF＝UT流经R4的电流为：I＝UZ1/R4I即为流经电桥的工作电流IS6前置放大器求解过程：把传感器输出的毫伏信号US放大成Uo1回放＋

A2－U02Ui2－

A3＋U03Ui3R5W1R8R9I系数K可以通过W1进行调整7V/I转换器把U01转换成4～20mA的输出IO零点调整输出限幅功能回放＋

A4－U02U03R10R15R16R11R12R19R18UZ＋UBUBUBU048回放9回放＋

A4－U02U03R10R15R16R11R12R19R18UZ＋UBUBUBU040～16mA4mA10输出限幅

由于VT3的存在，R19上的电压不能高于基极－发射极的导通电压回放11数字式差压变送器

3051C差压变送器

1151数字式差压变送器

数字式（智能式）差压变送器种类较多，结构各异，但总体结构式相同的。

ST3000差压变送器

结构示意图回放RosemountSUPCONHoneywell

12ST3000、3051C、1151数字式差压变送器都是采用HART通信方式进行通信的HART简介回放13ST3000差压变送器

传感器——三组件（差压、温度和静压）差压传感器——扩散硅压阻传感器差压传感器温度传感器静压传感器多路转换A/DCPUD/A数字IOROMRAMEPROMHart信号14差压传感器——主传感器，测量差压温度、静压传感器——辅助传感器，用于补偿，以提高测量精度RAM——存储变送器的各种参数EPROM——存储着与RAM同样的数据。当仪表掉电时，数据被保存，当仪表来电时，EPROM中的数据自动传递到RAM中，不须后备电池变送器设置——通过数字设定器设置，如：仪表的量程、编号、零点调整、量程调整、阻尼时间……差压传感器温度传感器静压传感器多路转换A/DCPUD/A数字IOROMRAMEPROMHart信号153051C差压变送器

163051C差压变送器：1.传感器——电容式压力传感器2.采用专用传感器(ASIC)和贴片技术(SMT)3.温度传感器——用以补偿热效应带来的误差4.CPU——完成对输入信号的线性化、温度补偿、数字通信、自诊断等处理后得到一个与被测差压对应的4~20mA直流电流信号和数字信号，作为变送器的输出。

5.数据设定器——用于对变送器进行组态，或读取变送器的输出数据。

171151数字式差压变送器

传感器AD7715CPUWDTAD421HT2012△PI01151智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器基础上，结合HART通信技术开发的一种智能式变送器，具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位转换和有关变送器信息的存储等功能，同时又可传输4~20mADC电流信号，特别适用于工业企业对模拟式1151差压变送器的数字化改造。其原理框图如下：

18传感器部分

RETURN1.传感器采用电容式差压传感器2.将输入差压转换成0～2.5V左右的电压信号。3.变送器的正常工作电流必须等于或小于3.5mA4.传感器部分工作电流为0.8mA左右。19

AD7715

1.AD7715是美国ADI公司生产的16位模数转换器。它具有0.0015％的非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点。2.特别适用于智能式变送器

3.带有模拟前置放大器的A/D转换芯片采用∑-Δ转换技术，实现16位的高精度模数转换

。4.不太适用多路信号频繁切换的场合，只有在一路信号每周期的使用，而其它路信号不常用的情况下可以使用。5.在低速采样应用中，AD7715的性能最佳。当采用60Hz或60Hz以下的更新速度进行采样时，AD7715对50Hz的工频有抑制作用，采样的效果很好，但当更新速度大于60Hz时，采出码将出现波动，效果变差，这时可以在读数据时采用滑动平均值数字滤波，使效果得以改善，即加入所谓的后置滤波器。6.AD7715在小信号的采样中得到很好的应用，在热偶、热电阻测温的应用方面也取得了令人满意的效果。

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∑-Δ转换技术Σ-Δ调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bitDAC（1个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电压）构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。如果对噪声成形后的Σ-Δ调制器输出进行数字滤波，将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。21AD7715是以∑－△原理工作的16位模数转换器采用单一5V(AD7715－5)或3V(AD7715－3)电源供电可用最少数量的口线与单片机或微处理器相接适用于单通道低速小信号采样的应用场合。

RETURN22CPU

AT89S8252微处理器，它与MCS-51兼容。2.8Kbytes的FlashROM、2Kbytes的EEPROM、256bytes的RAM、32个

I/O口线、两个DPTR、3个16位定时/计数器、1个全双工串行口、可编程看门狗、在片振荡器和时钟电路等。3.CPU采用3V供电，工作频率1.8432MHz。4.CPU采取间断工作方式1/5时间工作、4/5时间休眠，以降低CPU功耗RETURN23

HART通信部分实现HART协议物理层的硬件电路

RETURN24

AD421及电压调整电路

具体的电路框图和引脚功能参见P.88

25

AD421的作用：

①将CPU输入的数字信号转换为4～20mA直流电流作为整机的输出②将通信部分输入的数字信号叠加在4～20mA直流电流上一起输出③与场效应管VT1等组成电压调整电路

三极管VT2起分流作用，以减少流过场效应管VT1的电流作用：

RETURN26

WDT监控电路MAX6304ESA复位电路CPU正常工作时WDO输出为高电平，对CPU的工作没有影响CPU受外界干扰不能正常工作时WDO输出将变为低电平，使CPU产生不可屏蔽的中断，将正在处理的数据进行保护；同时经过一段等待时间之后，输出RESET信号对CPU进行复位，使CPU重新进入正常工作

电源故障端PFI经过分压电阻R1、R2接供电源UCC，当电源发生较大波动时，监控电路将产生复位信号，从而有效地防止了电源干扰对CPU的影响。

271151数字式差压变送器的软件

测控程序包括A/D采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及D/A输出程序等通信程序采用串行口中断接收/发送

分为两部分：测控程序和通信程序

283.3.2.一体化温度变送器一体化温度变送器结构框图测量元件变送器模块tEtRtI029概述一体化温度变送器——是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器，变送器模块和测温元件形成一个整体，可以直接安装在被测温度的工艺设备上，输出为标准信号。优点：体积小、重量轻、现场安装方便以及输出信号抗干扰能力强，便于远距离传输等优点，对于热电偶变送器，不必采用昂贵的补偿导线，节省安装费用。因而在工业生产中得到广泛应用。由于一体化温度变送器直接安装在现场，因此变送器模块一般采用环氧树脂浇注全固化封装，以提高对恶劣使用环境的适应性能。但由于变送器模块内部的集成电路一般情况下工作温度在–20～+80℃范围内，超过这一范围，电子器件的性能会发生变化，变送器将不能正常工作，因此在使用中应特别注意变送器模块所处的环境温度。30AD693一体化温度变送器品种较多，其变送器模块大多数以一片专用变送器芯片为主，AD693就是一种常用的芯片原理图略（P.128）输入信号范围：0～100mV，可调（芯片内部变换为0～60mV）输出信号范围：4～20mA、0～20mA或12±8mA等多种直流电流输出信号输出限幅：有，输出电流最大不超过32mADC31AD693构成的热电偶温度变送器RETURN32输入电路回放1回放2输入电路是一直流不平衡电桥，AD693的输入信号Vi为热电偶所产生的热电势Et与电桥的输出信号VBD之代数和，即33AD693放大倍数的调整即量程调整为了使变送器能与各种热电偶配合使用，AD693的输入信号范围应为0～5mV至0～55mV可调。由于V/I变换器的转换系数是定值，因此调整信号放大器的放大倍数，可以调整不同的输入信号范围。不同的输入信号范围，AD693引脚14、15、16所接电阻的数值和接法是不同的。参考计算公式为0～30mV的输入信号，要求在引脚14、15外接一个电阻R14-15，R14-15的计算公式为30～60mV的输入信号，要求在引脚15、16外接一个电阻R15-16，R15-16的计算公式为34变送器的静特性变送器输出与输入之间的关系为变从上式可以看出：1)变送器的输出电流I0­与热电偶的热电势Et成正比关系。2)合理选择RCu的数值可使RCu随温度变化而引起的I1RCu变化量的绝对值近似等于热电偶因冷端温度变化所引起的热电势Et的变化值，两者互相抵消。3)改变RW1以实现变送器的零点调整和零点迁移4)改变转换系数K，可以改变仪表的量程。5)零点调整和量程调整相互有影响35AD693构成的热电阻温度变送器36AD693的输入信号Ui为电桥的输出信号UBD热电阻温度变送器的输出与输入之间的关系为

373.3.3.智能式(数字式)温度变送器两种类型：HART现场总线优越性：P.13238TT302温度变送器(SMAR)数据传输类型：FF现场总线输入信号类型：各种热电阻Cu10、Ni120、Pt50、Pt100、Pt500

各种热电偶B、E、J、K、N、R、S、T、L、U其它mV、Ω量程可以组态39输出信号类型：现场总线数字信号(FF)精度：0.02％环境温度：-40～85ºC贮存温度：-40～100ºC数字显示：-10～60ºC(正常运行)-40～85ºC(无损坏)湿度范围：10~60%相对湿度40TT302温度变送器的硬件构成RETURN41输入板内容：多路转换器MUX、信号调理电路、A／D转换器和隔离部分回放作用：将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给CPU；并实现输入板与主电路板的隔离。

不同的信号与不同的端子连接，由MUX根据输入信号的类型，将相应端子连接到信号调理电路

信号调理电路：信号放大

隔离部分包括信号隔离和电源隔离（信号隔离采用光电隔离），目的：为了避免控制系统可能多点接地形成地环电流，而引入干扰影响整个系统的正常工作

环境温度传感器：用于热电偶的冷端温度补偿。

42主电路板

内容：微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整部分和电源部分，它是变送器的核心部件。

回放TT302温度变送器是由现场总线电源通过通信电缆供电供电电压为9～32VDC电源部分将供电电压转换为变送器内部各芯片所需电压，为各芯片供电。变送器输出的数字信号也是通过通信电缆传送的，因此通信电缆同时传送变送器所需的电源和输出信号这与二线制模拟式变送器相类似。43液晶显示器

回放液晶显示器是一个微功耗的显示器可以显示四位半数字和五位字母用于接收CPU来的数据并加以显示。