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算和存儲能力，可對傳感器的數(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．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)級上產(chǎn)生壓降，檢測負(fù)載上的壓降就可以知道電流的大小，從而得到當(dāng)前被測工業(yè)過程變量的大小。
當(dāng)前，變送器的發(fā)展趨勢是多功能化、微型化與智能化，日益趨于與單片機相結(jié)合構(gòu)成自動檢測系統(tǒng)。單片機對數(shù)據(jù)具有很強的處理能力，但它對非電量或模擬信號是無能為力的。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，由單片機對信號進(jìn)行分析處理，進(jìn)而發(fā)出各種命令，由執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作田曰。
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量信號轉(zhuǎn)換成電信號，記憶并存儲所需數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和作統(tǒng)計處理，再變換成需要的數(shù)據(jù)形式輸出，得到有用的信息。
由于單片機具有計算與判斷功能，故可以把需要修正的修正量保存在單片機系統(tǒng)的EPROM中，使得變送器的線性化問題能較容易地實現(xiàn)。此外，還可以進(jìn)行精度補償以提高測量精度，也可以對產(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量和信息處理功能的變送器。同時可測差壓、靜壓和溫度三個參數(shù)。在每個變送器芯片上都同時具有專用的EPROM，用以存儲本變送器進(jìn)行補償?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。變送器還具有自動診斷和自動選擇合適量程的功能。雖然這種芯片的價格還很高昂，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。
1．3智能變送器的功能及特點
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，能自動校正和自動補償，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，很方便人機通信，不開蓋就能對變送器進(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，多功能，高量程比，選距離設(shè)定、調(diào)整、維修，性能價格比高等特點。
1．4現(xiàn)場總線概述
現(xiàn)場總線一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點的通信技術(shù)。現(xiàn)場總線是一種i廠#低層的網(wǎng)絡(luò)，是用于現(xiàn)場設(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)字信號取代4_20mA模擬電流信號進(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)場就能完成，使現(xiàn)場的管理與控制相統(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，同時變送器也通過這條電纜輸出模擬信號：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，則數(shù)字信號疊加在模擬信號上，也通過這條雙線電纜輸出。
整個變送器系統(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能正確代表當(dāng)前的被測工業(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的電壓和地信號作為其電壓源。在本設(shè)計中采用集成穩(wěn)壓電源8069來實現(xiàn)這一要求。集成穩(wěn)壓電源8069可以在50個微安電流下實現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓值為1．2V。利用這一特性，可用4個8069作為一組構(gòu)建5v的電壓信號。
如圖1-1所示，將8個集成穩(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，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。用這三個點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，對整個變送器系統(tǒng)的功耗進(jìn)行補償，使整個變送器系統(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，當(dāng)被測工業(yè)過程變量變化時，變送器輸出的代表被測工業(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，對變化的壓降進(jìn)行補償，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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