摘要：智能變送器是由傳感器和微處理器組成的。它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，可對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本文論述智能變送器的背景和意義，介紹了智能變送器的電路結(jié)構(gòu)。
1．1變送器
在現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中，變送器是必不可少的檢側(cè)儀器。變送器的功能是將被檢測(cè)的工業(yè)過程變量(如溫度，壓力，流量，液位等)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給其他單元進(jìn)行顯示、控制。傳統(tǒng)的變送器是模擬變送器，轉(zhuǎn)換結(jié)果以模擬量形式輸出。變送器的輸出特性近似為恒流源特性，輸出4_20mA的電流信號(hào)．其中有4mA電流是為變送器提供的功耗電流，另外0—16rnA，是代表被測(cè)工業(yè)過程變量的大小。這4—20nA的電流由電源提供，在負(fù)級(jí)上產(chǎn)生壓降，檢測(cè)負(fù)載上的壓降就可以知道電流的大小，從而得到當(dāng)前被測(cè)工業(yè)過程變量的大小。
當(dāng)前，變送器的發(fā)展趨勢(shì)是多功能化、微型化與智能化，日益趨于與單片機(jī)相結(jié)合構(gòu)成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的處理能力，但它對(duì)非電量或模擬信號(hào)是無能為力的。變送器把非電工業(yè)過程變成電量，經(jīng)過放大處理后，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而發(fā)出各種命令，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作田曰。
1．2智能變送器概述
所謂智能變送器是傳感器技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是當(dāng)代自動(dòng)化儀表的主要組成部分，也是當(dāng)今變送器的發(fā)展方向。它是把變送器的拾取信息功能和單片機(jī)的信息處理功能結(jié)合在一起的變送器。智能變送器是將被測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，記憶并存儲(chǔ)所需數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和作統(tǒng)計(jì)處理，再變換成需要的數(shù)據(jù)形式輸出，得到有用的信息。
由于單片機(jī)具有計(jì)算與判斷功能，故可以把需要修正的修正量保存在單片機(jī)系統(tǒng)的EPROM中，使得變送器的線性化問題能較容易地實(shí)現(xiàn)。此外，還可以進(jìn)行精度補(bǔ)償以提高測(cè)量精度，也可以對(duì)產(chǎn)生的漂移進(jìn)行修正，還可以用跟蹤濾波法去除噪聲，提高信噪比以謀求可靠性的提高盹。美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的ST一3000型智能化變送器就是典型的代表。它是帶微處理器的兼有壓力測(cè)量和信息處理功能的變送器。同時(shí)可測(cè)差壓、靜壓和溫度三個(gè)參數(shù)。在每個(gè)變送器芯片上都同時(shí)具有專用的EPROM，用以存儲(chǔ)本變送器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)。這種變送器的量程極寬，量程比可達(dá)400：1，精度高達(dá)‰F．s．，穩(wěn)定性好，可遠(yuǎn)距離設(shè)定和調(diào)整量程。變送器還具有自動(dòng)診斷和自動(dòng)選擇合適量程的功能。雖然這種芯片的價(jià)格還很高昂，但可以看到，智能變送器是變送器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
1．3智能變送器的功能及特點(diǎn)
智能變送器不僅具有普通變送器的功能，它自身還能消除傳感器引起的異常值和例外值，它還具有數(shù)據(jù)處理功能，能自動(dòng)校正和自動(dòng)補(bǔ)償，具有記憶能力，并且能與其它變送器聯(lián)接，并能適應(yīng)環(huán)境條件變化，具有判斷功能。智能變送器的輸出量數(shù)字化，很方便人機(jī)通信，不開蓋就能對(duì)變送器進(jìn)行調(diào)整，方便、安全。智能變送器與一般變送器相比，智能變送器具有精度高，自診斷功能強(qiáng)，多功能，高量程比，選距離設(shè)定、調(diào)整、維修，性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。
1．4現(xiàn)場(chǎng)總線概述
現(xiàn)場(chǎng)總線一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線是一種i廠#低層的網(wǎng)絡(luò)，是用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央控制室中控制設(shè)備間的一種全數(shù)字化、多變量、雙向，多站的系統(tǒng)。用數(shù)字信號(hào)取代4_20mA模擬電流信號(hào)進(jìn)行通信，使設(shè)備增加非控制信息成為可能：一些基本過程控制在現(xiàn)場(chǎng)就能完成，使現(xiàn)場(chǎng)的管理與控制相統(tǒng)一。
1．5變送器的電路結(jié)構(gòu)
變送器的真雙線工作模式是指變送器與遠(yuǎn)端的供電電源之間只有一條雙線電纜相連，電源通過這條雙線電纜向變送器供電，同時(shí)變送器也通過這條電纜輸出模擬信號(hào)：源是由遠(yuǎn)端的26V直流電壓源提供的，到了變送器內(nèi)部需要轉(zhuǎn)變成正負(fù)如果變送器要輸出數(shù)字信號(hào)，則數(shù)字信號(hào)疊加在模擬信號(hào)上，也通過這條雙線電纜輸出。
整個(gè)變送器系統(tǒng)的電5V的雙極性電壓供給變送器內(nèi)部的芯片使用；另一方面，還要保證變送器系統(tǒng)內(nèi)部消耗的功率不多不少必須是4mA，這樣才能保證從變送器引出的雙芯電纜上傳遞的模擬電流信號(hào)能正確代表當(dāng)前的被測(cè)工業(yè)過程變量的大小。電路如圖11-1所示：
由于在變送器的模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)采用了運(yùn)算放大器LM324，因此需要在變送器內(nèi)部提供正負(fù)5V的電壓和地信號(hào)作為其電壓源。在本設(shè)計(jì)中采用集成穩(wěn)壓電源8069來實(shí)現(xiàn)這一要求。集成穩(wěn)壓電源8069可以在50個(gè)微安電流下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓值為1．2V。利用這一特性，可用4個(gè)8069作為一組構(gòu)建5v的電壓信號(hào)。
如圖1-1所示，將8個(gè)集成穩(wěn)壓電源8069分為兩組串聯(lián)起來，這樣，這兩組8069被反向擊穿之后，都將電壓嵌位于4．8V(近似于5v)。那么，如果將兩組8069中點(diǎn)的電位視為零電位(即地）則在地衣組集成穩(wěn)壓電源的頂端就得到了正5V的電壓信號(hào)，而在第二組集成穩(wěn)壓電源的末端就得到了負(fù)5V的電壓信號(hào)。用這三個(gè)點(diǎn)的電位就可以為變送器內(nèi)部的芯片提供所需的正負(fù)5V電壓源。
另外，主要是利用恒壓源為變送器系統(tǒng)內(nèi)部提供了穩(wěn)定的電壓電源的特點(diǎn)，對(duì)整個(gè)變送器系統(tǒng)的功耗進(jìn)行補(bǔ)償，使整個(gè)變送器系統(tǒng)的功耗恒定為4mA。利用恒流源將變送器系統(tǒng)的總功耗電流限制為4mA的特點(diǎn)，當(dāng)被測(cè)工業(yè)過程變量變化時(shí)，變送器輸出的代表被測(cè)工業(yè)過程變量的電流就改變，從而在負(fù)載上產(chǎn)生的壓降也跟著改變，這樣，加在直流源兩端的電壓就可以隨之改變，對(duì)變化的壓降進(jìn)行補(bǔ)償，保證變送器內(nèi)部有穩(wěn)定的正負(fù)5V電壓電源。
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