智能變送器的結構及工作原理

2019/7/3 10:02:34 人評論 次瀏覽 分類:變送器  文章地址:http://www.c1orp.com/tech/547.html

單晶硅壓力變送器
由于智能變送器還沒有統一的標準,所以人們所說的智能變送器是指信號制式是模擬、數字兼容的,且模擬信號與數字信號共用一條通道,并用HART協議通信的變送器,常見的有HART智能溫度變送器、智能壓力變送器和智能差壓變送器等。智能變送器與全數字化的總線變送器相比,是有很大差別的。
 
各智能變送器廠商大多采用自行定制的專用集成電路,因此物理結構上的差別也是很大的,云南昌暉儀表制造有限公司在此用智能變送器基本結構的原理框圖作介紹,如圖所示:
  智能變送器基本結構原理圖
智能變送器基本結構原理圖
 
這樣的智能變送器雖然使用了微處理器,且有數字信號,但它仍要與過程控制中的模擬信號(4-20mA)兼容,并作為主要信號,因此在硬件使用中只能采用低功耗器件,并采用通用的集成電路設計,數字電路間的連接一般采用串行接口,以減少連線及降低功耗。
 
智能變送器使用了微處理器,對被測的過程數據進行計算及操作,由于整臺變送器由硬件和軟件構成,與常規變送器相比是大不同了。為便于理解,可把智能變送器的邏輯結構看成是由兩臺儀表組成,一臺是數字儀表,另一臺是模擬儀表。如下圖所示。圖中數字儀表由模擬信號調理和數字信號處理兩部分組成;而模擬儀表則是數字儀表的模擬形式表現。按運算關系來看,則有三部分運算電路,而且每一部分都是可以單獨進行測量和調試的。分述如下。 
智能變送器邏輯結構圖  
                                                        
智能變送器邏輯結構圖

 
首先看數字儀表的輸入部分,在微處理器進行運算前,先要進行A/D轉換,把傳感元件的測量模擬值轉換為數字值。微處理器是依據相應的方程式及數據表、傳遞函數來進行計算,這過程就是模擬信號調理,又稱為傳感元件調整;這時的輸出是被測過程變量的數字表示,也就是手操通信器上讀得的數字值PV。這個數字值只與傳感元件的極限范圍有關,而與所設定的量程及輸出電流沒有關系。
 
數字儀表的變換部分是把被測參數的數字值變成等效的直流電流,是依據儀表的零點和滿量程值和有關函數來進行計算,計算結果就是儀表輸出的數字表示。許多智能變送器都支持用命令使儀表進入一種固定的輸出測試模式,即用某一特定的輸出值來取代被測參數的正常輸出值,供維修中檢查使用。在這部分改變量程會影響電流輸出,但對于手操通信器讀取的數字過程變量沒有影響。
 
模擬儀表主要是進行4-20mA輸出電流的調整。其接收數字儀表傳來的數字信號,并將該數字信號轉換成電流,就產生了實際的模擬電流信號,該電流轉換是否準確,是要進行校準的,所以校準模擬電流輸出是智能變送器特有的。 
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