智能壓力變送器的結(jié)構(gòu)及工作原理 --上海朝輝
各智能壓力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(jié)構(gòu)上的差別也是很大的,在此用智能壓力變送器基本結(jié)構(gòu)的原理框圖作介紹,如下圖所示:
智能壓力變送器基本結(jié)構(gòu)原理圖
這樣的智能壓力變送器雖然使用了微處理器,且有數(shù)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(shè)計,數(shù)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。
智能壓力變送器使用了微處理器,對被測的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行計算及操作,由于整臺變送器由硬件和軟件構(gòu)成,與常規(guī)變送器相比是大不同了。為便于理解,可把智能壓力變送器的邏輯結(jié)構(gòu)看成是由兩臺儀表組成,一臺是數(shù)字儀表,另一臺是模擬儀表。如下圖所示。圖中數(shù)字儀表由模擬信號調(diào)理和數(shù)字信號處理兩部分組成;而模擬儀表則是數(shù)字儀表的模擬形式表現(xiàn)。按運(yùn)算關(guān)系來看,則有三部分運(yùn)算電路,而且每一部分都是可以單獨進(jìn)行測量和調(diào)試的。分述如下。
智能壓力變送器邏輯結(jié)構(gòu)圖
首先看數(shù)字儀表的輸入部分,在微處理器進(jìn)行運(yùn)算前,先要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,把傳感元件的測量模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。微處理器是依據(jù)相應(yīng)的方程式及數(shù)據(jù)表、傳遞函數(shù)來進(jìn)行計算,這過程就是模擬信號調(diào)理,又稱為傳感元件調(diào)整;這時的輸出是被測過程變量的數(shù)字表示,也就是手操通信器上讀得的數(shù)字值PV。這個數(shù)字值只與傳感元件的極限范圍有關(guān),而與所設(shè)定的量程及輸出電流沒有關(guān)系。
數(shù)字儀表的變換部分是把被測參數(shù)的數(shù)字值變成等效的直流電流,是依據(jù)儀表的零點和滿量程值和有關(guān)函數(shù)來進(jìn)行計算,計算結(jié)果就是儀表輸出的數(shù)字表示。許多智能壓力變送器都支持用命令使儀表進(jìn)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(shù)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(shù)字過程變量沒有影響。
模擬儀表主要是進(jìn)行4-20mA輸出電流的調(diào)整。其接收數(shù)字儀表傳來的數(shù)字信號,并將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電流,就產(chǎn)生了實際的模擬電流信號,該電流轉(zhuǎn)換是否準(zhǔn)確,是要進(jìn)行校準(zhǔn)的,所以校準(zhǔn)模擬電流輸出是智能壓力變送器特有的。