扩散硅式差压变送器 构成框图： 调零电路 UZ △P 扩散硅压阻传感器 US 前置 放大器 U01 IO V－I转换 检测部分

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1 3.2.3. 扩散硅式差压变送器 构成框图： 调零电路 UZ △P 扩散硅压阻传感器 US 前置 放大器 U01 IO V－I转换 检测部分
电磁放大部分

2 整机电路图 － + RETURN

3 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 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4
1.负压室 2.正压室 3.硅杯 4.引线 5.硅片

4 测量部分——惠斯顿电桥 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 IS Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 US
不受压时：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝R

5 测量部分——电压转换 受压时，流经2桥臂的电流始终相等 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 IS ＋ US － 受压时：△Ri1＝△Ri4＝r1

6 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UZ1 UT＝UZ1 UF＝UT 流经R4的电流为：
I＝UZ1/R4 I即为流经电桥的工作电流IS

7 前置放大器 回放 系数K可以通过W1进行调整 把传感器输出的毫伏信号US放大成Uo1 求解过程： I Ui2 U02 R8 R5 W1 R9
＋ A2 － U02 Ui2 A3 U03 Ui3 R5 W1 R8 R9 I 回放 系数K可以通过W1进行调整

8 V/I转换器 回放 把U01转换成4～20mA的输出IO 零点调整 输出限幅功能 U02 U03 R10 R15 R16 R11 R12
＋ A4 － U02 U03 R10 R15 R16 R11 R12 R19 R18 UZ＋UB UB U04 回放

9 回放

10 ＋ A4 － U02 U03 R10 R15 R16 R11 R12 R19 R18 UZ＋UB UB U04 0～16mA 4mA 回放

11 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

12 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。 结构示意图回放 ST3000差压变送器
Honeywell 3051C差压变送器 Rosemount 1151数字式差压变送器 SUPCON

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

14 ST3000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 ROM RAM EPROM 差压 传感器 多
路 转 换 Hart信号 A/D CPU D/A 温度 传感器 静压 传感器 数字IO

15 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
差压 传感器 温度 静压 多 路 转 换 A/D CPU D/A 数字IO ROM RAM EPROM Hart信号 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……

16 3051C差压变送器

17 3051C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。

18 1151数字式差压变送器 1151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： I0 △P 传感器 AD7715 CPU AD421 WDT HT2012

19 传感器部分 1.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3.5mA 4.传感器部分工作电流为0.8mA左右 。 RETURN

20 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。

21 ∑-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1bit DAC（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。

22 AD7715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。 RETURN

23 CPU RETURN AT89S8252微处理器 ，它与MCS-51兼容。
2. 8K bytes的Flash ROM、2K bytes的EEPROM、256 bytes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 RETURN

24 HART通信部分 实现HART协议物理层的硬件电路 RETURN

25 AD421及电压调整电路 具体的电路框图和引脚功能参见P.88

26 AD421的作用： RETURN 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
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 RETURN

27 WDT监控电路 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 MAX6304ESA复位电路 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。

28 1151数字式差压变送器的软件 分为两部分：测控程序和通信程序
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

29 3.3.2.一体化温度变送器 测量元件 变送器模块 t Et Rt I0 一体化温度变送器结构框图

30 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。

31 AD693 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32mADC

32 AD693构成的热电偶温度变送器 RETURN

33 输入电路 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 回放2 回放1

34 AD693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

35 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

36 AD693构成的热电阻温度变送器

37 AD693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

38 3.3.3.智能式(数字式)温度变送器 两种类型： HART 现场总线 优越性： P.132

39 TT302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 各种热电偶 其它 量程可以组态
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

40 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

41 TT302温度变送器的硬件构成 RETURN

42 输入板 回放 内容：多路转换器MUX、信号调理电路、A／D转换器和隔离部分
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。 回放

43 主电路板 回放 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。
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。 回放

44 液晶显示器 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。 回放

45 TT302温度变送器的软件组成 软件分为系统程序和功能模块两大部分。
系统程序使变送器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。 功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块以实现用户所要求的功能。 变送器提供的功能模块主要有： ·资源模块RES - 包含与资源相关的硬件数据； ·转换功能模块TRD - 将输入/输出变量转换成相应的工程数据； ·显示转换DSP- 用于组态液晶显示上的过程变量； ·组态转换DIAG- 提供在线测量功能模块执行时间，检查功能模块与其它程序之间的连接； ·模拟输入AI - 此功能模块从转换功能模块获得输入数据，然后对数据进行处理后传送给其它功能模块。AI模块具有量程转换、过滤、平方根及去掉尾数等功能；

46 …… ·PID控制功能PID - 此功能模块包含多种功能：如设定值及变化率范围调整、测量值滤波及报警、前馈、输出跟踪等；
·增强的PID功能EPID- 它除了具有PID 控制功能模块所有标准的功能之外，还包括无扰动或强制手动/自动切换等功能； ……

47 思考题： 1、温度变送器接受直流毫伏信号、热电偶信号和热电阻信号时应该有哪些不同？ 2、采用热电偶测量温度时，为什么要进行冷端温度补偿？一般有哪些冷端温度补偿方法？ 3、采用热电阻测量温度时，为什么要进行引线电阻补偿？一般有哪些引线电阻补偿方法？ 4、智能温度变送器有哪些特点？简述TT302温度变送器的工作原理。