專利名稱：一種變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適合各種量程及溫度的變送器。
背景技術(shù)：
傳感器是能夠受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置的總稱，通常由敏感元件和換能元件組成。當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則成為變送器。變送器的種類很多，用在工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、電流變送器、電壓變送器等等。早期的變送器大多為電壓輸出型，即將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出，這是運(yùn)放直接輸出，信號(hào)功率< 0. 05W，通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取、控制。但在信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制，暴露了抗干擾能力較差，線路損耗破壞了精度等等缺點(diǎn)，目前，市場(chǎng)上的變送器主要有德國(guó)的米銥公司和ASM公司的系列位移變送器，外觀漂亮，機(jī)械性能良好，但在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其電路設(shè)計(jì)中存在缺陷，負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，長(zhǎng)期在較大量程工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，影響測(cè)量精度，減少傳感器壽命，降低傳感器的穩(wěn)定性和抗干擾性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的存在的問(wèn)題與不足，提供一種性價(jià)比高、精度高、可靠性高，抗干擾力強(qiáng)的變送器。本發(fā)明的技術(shù)方案是實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種基于模擬電路測(cè)量的變送器，其技術(shù)方案是一個(gè)測(cè)量電路，采用51Ω阻值橋路測(cè)量電位器阻值變化，用于得出電壓變化增量?；鶞?zhǔn)電壓由XTR115U提供，接地時(shí)串接一個(gè)51Ω電阻器，起到限流作用；一個(gè)LC濾波電路，用于過(guò)濾信號(hào)和提高系統(tǒng)的抗干擾性，也起到消除電位器抖動(dòng)帶來(lái)的誤差；一個(gè)電壓放大電路，用于把微弱變化有用信號(hào)進(jìn)行放大處理，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性；一個(gè)零位調(diào)節(jié)和量程控制電路，用來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)零位和控制量程；一個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為抗干擾力更強(qiáng)的電流信號(hào)，同時(shí)提供采集基準(zhǔn)電源電路；一個(gè)保護(hù)電路，對(duì)整個(gè)電路起到保護(hù)作用；一個(gè)LC濾波電路，用于過(guò)濾電源和提高系統(tǒng)的抗干擾性；一個(gè)電源穩(wěn)壓電路及信號(hào)輸出，用于穩(wěn)定供電電源和信號(hào)輸出；一個(gè)電路印制板，用于承載電路元件和連線，減少電磁干擾并降低敏感度的關(guān)鍵部分。
其中，一個(gè)測(cè)量電路，橋路由電阻Rl、R4、及電位器X3組成。電阻Rl分別與電阻 R4、R8、電容Cl、電感Ll相連接，電阻R4分別與電阻Rl、R3、R8、電容C2、電感L2相連接。 電位器X3的第1端連接電感Ll的一端，電位器X3的第3端連接電感L3的一端，電位器X3 的第2端連接電感L2的一端。所述的LC濾波電路是電感Ll的一端、電容Cl的一端與電阻Rl —端連接；電感 L2的一端、電容Cl的一端、電容C2的一端與電阻R3、R4的一端連接；電感L3的一端與電容C2的一端、R3的一端連接至TLV2231U2的第1管腳，與電阻R2的一端連接至TLV2231U2 的第2管腳，與電位器X2的第三端；連接至XTR115U1的第3管腳。所述的電壓放大電路是電阻R3的一端與放大器U2TLV2231第1端連接，放大器 U2的第2端與電容C5、C3、電阻R2、電位器X2的第3端、Ul的第3端連接，放大器U2的第 3端與電容C4的一端、電阻R5的一端、電阻R6的一端連接，U2的輸出端4分別與電容C4 的一端、電阻R5的一端、電位器Xl的第3端連接，放大器U2的第5端分別與電容C5的一端、V/I轉(zhuǎn)換電路U1XTR115第8端相連接。所述的零位調(diào)節(jié)和量程控制電路是電位器Xl的第3端與放大器U2TLV2231的第 4端相連接、電位器Xl的第1端與電阻R7的一端、電位器Xl的第2端相連接；電位器X2的第1端分別與電阻R8、Rl、R4，電位器X2的第3端分別與V/I轉(zhuǎn)換電路UlXTRl 15第3端、 電阻R2的一端、電容C3的一端、U2TLV2231的第2端相連接。所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路是U1XTR115第1端分別與電位器X2的第1端、電阻 R1、R4、R8的一端，UlXTRl 15第2端分別與電阻R7、R8的一端相連接，UlXTRl 15第3端分別與電位器X2的第3端、電阻R2、電容C 3的一端、U2TLV2231的第2端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115的輸出端6與Ql的基極1端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第7端分別與Ql的集電極2端、二極管D2的陰極相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTRl 15第4端與電感L5、電容C6的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第8端與放大器U2的5端、電容C5的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTRl 15第5端與三極管Ql的發(fā)射極3相連接。所述的保護(hù)電路是二極管D2陽(yáng)極分別于電感L4、電容C6的一端相連接，D2的陰極與v/ 轉(zhuǎn)換電路XTR115第7端、Ql的集電極第2端相連接。所述的輸入端濾波電路是濾波電路有電感L4、L5、電容C6組成，電感L4的一端分別與電容C6的一端、二極管D2的一端連接，電感L5的一端與電容C6、V/I轉(zhuǎn)換電路 XTRl 15U1的第4端相連接。所述的穩(wěn)壓電路是穩(wěn)壓二極管Dl的陰極分別連接電感L4的一端和電源的正極， 穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極分別連接電感L5的另一端和電源的負(fù)極。所述的電路印制板是當(dāng)電路處理的信號(hào)頻率在幾百KHZ以上時(shí)，高速電路的印制板需要多層結(jié)構(gòu)。在多層結(jié)構(gòu)中嵌入金屬平板(地層、電源層)具有良好的干擾鏡像多消作用。電路印制板的分區(qū)設(shè)計(jì)對(duì)降低電磁干擾起著重要作用，按照功能、器件布局、電源、參考地分區(qū)，將數(shù)字與模擬電路分開，高速和低速信號(hào)分開，高功率和低功率分開。器件布局盡量避免信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸。減小信號(hào)環(huán)路面積，減低公共地高頻信號(hào)耦合干擾。從信號(hào)互連的角度出發(fā)，線型的合理選擇、屏蔽層處理和走線布置是提高電磁兼容性的關(guān)鍵。按照強(qiáng)、弱、模擬、數(shù)字信號(hào)特性分組布置設(shè)計(jì)。輸入電源濾波器對(duì)系統(tǒng)電磁干擾的發(fā)射、敏感特性有重要影響，選用反射式低通電源濾波器，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和1. 5倍功率余量的原則對(duì)電纜和電源進(jìn)行一體化的負(fù)載匹配、容量和布局設(shè)計(jì)，以達(dá)到有效抑制干擾信號(hào)傳入和衰減系統(tǒng)內(nèi)的干擾傳出的目的。本發(fā)明的有益效果是由于該變送器系統(tǒng)采用了基于電位器設(shè)計(jì)的線位移變送器，分辨率可以做到無(wú)限，電路通用性好，精度高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。克服了其它傳感器在大量程時(shí)，由于發(fā)熱而導(dǎo)致工作性能降低的弱點(diǎn)，可以在惡劣環(huán)境下工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。


圖1是系統(tǒng)框圖；圖2是電路原理圖。
具體實(shí)施例下邊結(jié)合圖1、圖2具體說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)連接關(guān)系、電路連接關(guān)系及其工作原理、電磁兼容性及抗干擾力設(shè)計(jì)、變送器的封裝。參見圖1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的變送器的系統(tǒng)連接關(guān)系橋路1、濾波電路及消抖2、電壓放大電路3、零位調(diào)節(jié)和量程控制電路4、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路5、保護(hù)電路6、濾波電路7、電源瞬態(tài)抑制和溫度補(bǔ)償8、電源穩(wěn)壓及信號(hào)輸出9。其中，V/I轉(zhuǎn)換電路XTRl 15的輸出端6與Ql相連接，7端通過(guò)Ql、D2、L4與電源正極相連，4端通過(guò)L5與電源負(fù)極相連，基準(zhǔn)電源8端與放大器U2的5端、電容C5相連，輸入端2與電阻R7相連接，輸入端3為系統(tǒng)地線。本發(fā)明的高精度、高可靠性變送器工作過(guò)程變送器是依據(jù)電阻器阻值變化比照電壓或電流值和位移大小的線性關(guān)系而設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置。變送器電路中最重要的測(cè)量參數(shù)之一是總體電路的精確度(或誤差)。工作機(jī)理是通過(guò)電纜正確的將電源和采集卡與變送器連接上；開通電源，調(diào)節(jié)電位器X2確定零位，通過(guò)鋼絲拉繩即調(diào)節(jié)電位器X3，調(diào)節(jié)量程值為最小，使電流輸出為4. OOOmA;通過(guò)鋼絲拉繩即調(diào)節(jié)電位器X3，調(diào)節(jié)量程值為最大，使電流輸出為20. OOOmA ；最后進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試評(píng)估變送器準(zhǔn)確度，線性度，重復(fù)性。電磁兼容性及抗干擾力的實(shí)施過(guò)程當(dāng)電路處理的信號(hào)頻率在幾百KHZ以上時(shí)， 高速電路的印制板需要多層結(jié)構(gòu)。在多層結(jié)構(gòu)中嵌入金屬平板(地層、電源層)具有良好的干擾鏡像多消作用。電路印制板的分區(qū)設(shè)計(jì)對(duì)降低電磁干擾起著重要作用，按照功能、器件布局、電源、參考地分區(qū)，將數(shù)字與模擬電路分開，高速和低速信號(hào)分開，高功率和低功率分開。器件布局盡量避免信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸。減小信號(hào)環(huán)路面積，減低公共地高頻信號(hào)耦合干擾。從信號(hào)互連的角度出發(fā)，線型的合理選擇、屏蔽層處理和走線布置是提高電磁兼容性的關(guān)鍵。按照強(qiáng)、弱、模擬、數(shù)字信號(hào)特性分組布置設(shè)計(jì)。輸入電源濾波器對(duì)系統(tǒng)電磁干擾的發(fā)射、敏感特性有重要影響，選用反射式低通電源濾波器，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和1. 5倍功率余量的原則對(duì)電纜和電源進(jìn)行一體化的負(fù)載匹配、容量和布局設(shè)計(jì)，以達(dá)到有效抑制干擾信號(hào)傳入和衰減系統(tǒng)內(nèi)的干擾傳出的目的
為了增強(qiáng)電路的實(shí)用性，器件布設(shè)采用兩面分別安裝，巧妙利用機(jī)殼作為部分器件的散熱器件，效率高，重量輕。可以使印制板做得最小。在布線方面，力求電源線和信號(hào)線寬一些，焊盤和過(guò)孔大一些。地線處理。地線處理的好壞，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)中，把屏蔽地和系統(tǒng)地在板卡上分開。這樣的好處是減少外部的干擾。電路和印制板定型后，封裝相當(dāng)關(guān)鍵，采用印制板專用絕緣漆刷涂板卡，烘干定型，再用硅膠粘涂器件表面，并與機(jī)械部分粘接，通過(guò)電纜連接件固定在機(jī)殼上。參見圖2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的變送器電路的連接關(guān)系。外接電位器電位器X 3的第1端連接電感Ll的一端，電位器X3的第3端連接電感L3的一端，電位器X3的第2端連接電感L2的一端。LC濾波電路電感Ll的一端、電容Cl的一端與電阻Rl —端連接；電感L2的一端、電容Cl的一端、電容C2的一端與電阻R3、R4的一端連接；電感L3的一端與電容C2的一端、R3的一端連接至TLV2231U2的第1管腳，與電阻R2的一端連接至TLV2231U2的第2 管腳，與電位器X2的第三端；連接至XTR115U1的第3管腳。電橋電路橋路由電阻Rl、R4、及電位器X3組成。電阻Rl分別與電阻R4、R8、電容Cl、電感Ll相連接，電阻R4分別與電阻Rl、R3、R8、電容Cl、C2、電感L2相連接。電壓放大電路電阻R3的一端與放大器U2TLV2231第1端連接，放大器U2的第2 端與電容C5、C3、電阻R2、電位器X2的第3端、Ul的第3端連接，放大器U2的第3端與電容C4的一端、電阻R5的一端、電阻R6的一端連接，U2的輸出端4分別與電容C4的一端、電阻R5的一端、電位器Xl的第3端連接，放大器U2的第5端分別與電容C5的一端、V/I轉(zhuǎn)換電路UlXTRl 15第8端相連接。零位調(diào)節(jié)和量程控制電路電位器Xl的第3端與放大器U2TLV2231的第4端相連接、電位器Xl的第1端與電阻R7的一端、電位器Xl的第2端相連接；電位器X2的第1端分別與電阻R8、Rl、R4，電位器X2的第3端分別與V/I轉(zhuǎn)換電路U1XTR115第3端、電阻R2 的一端、電容C3的一端、U2TLV2231的第2端相連接。一個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路U1XTR115第1端分別與電位器X2的第1端、電阻R1、 R4、R8的一端，UlXTRl 15第2端分別與電阻R7、R8的一端相連接，UlXTRl 15第3端分別與電位器X2的第3端、電阻R2、電容C3的一端、U2TLV2231的第2端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路 XTRl 15的輸出端6與Ql的基極1端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第7端分別與Ql的集電極2端、二極管D2的陰極相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTRl 15第4端與電感L5、電容C6的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第8端與放大器U2的5端、電容C5的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第5端與三極管Ql的發(fā)射極3相連接。一個(gè)保護(hù)電路二極管D2陽(yáng)極分別于電感L4、電容C6的一端相連接，D2的陰極與 V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第7端、Ql的集電極第2端相連接。輸入端濾波電路濾波電路有電感L4、L5、電容C6組成，電感L4的一端分別與電容C6的一端、二極管D2的一端連接，電感L5的一端與電容C6、V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115U1的第4端相連接。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管Dl的陰極分別連接電感L4的一端和電源的正極，穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極分別連接電感L5的另一端和電源的負(fù)極。
權(quán)利要求
1.一種變送器，包括外接電位器、基準(zhǔn)電源、橋路、濾波電路及消抖、電壓放大電路、零位調(diào)節(jié)及量程控制電路、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路、保護(hù)電路、濾波電路、電源瞬態(tài)抑制和溫度補(bǔ)償、電源穩(wěn)壓及信號(hào)輸出、電路印制板，其特征在于，包括一個(gè)橋路(1)，采用51Ω阻值橋路測(cè)量電位器阻值變化，基準(zhǔn)電壓由XTR115U提供，接地時(shí)串接一個(gè)51 Ω電阻器； 一個(gè)LC濾波電路⑵； 一個(gè)電壓放大電路⑶； 一個(gè)零位調(diào)節(jié)和量程控制電路； 一個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路(5)； 一個(gè)保護(hù)電路(6)； 一個(gè)濾波電路⑵；一個(gè)電源瞬態(tài)抑制和溫度補(bǔ)償電路(8)； 一個(gè)電源穩(wěn)壓電路及信號(hào)輸出(9)； 一個(gè)電路印制板(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述變送器，其特征在于，所述的電壓放大電路(3)是電阻R3的一端與放大器U2TLV2231第1端連接，放大器U2的第2端與電容C5、C3、電阻R2、電位器 Χ2的第3端、Ul的第3端連接，放大器U2的第3端與電容C4的一端、電阻R5的一端、電阻 R6的一端連接，U2的輸出端4分別與電容C4的一端、電阻R5的一端、電位器Xl的第3端連接，放大器U2的第5端分別與電容C5的一端、電阻Rl、R4、R8連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述變送器，其特征在于，所述的電壓一電流轉(zhuǎn)換電路( 是 UlXTRl 15第1端分別與電位器X2的第1端、電阻R1、R4、R8的一端、電位器X2的第1端相連接，UlXTRl 15第2端分別與電阻R7、R8的一端相連接，UlXTRl 15第3端分別與電位器X2 的第3端、電阻R2、電容C 3的一端、U2TLV2231的第2端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTRl 15的輸出端6與Ql的基極1相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第7端分別與Ql的集電極2、二極管 D2的陰極相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第4端與電感L5、電容C6的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第8端與放大器U2的5端、電容C5的一端相連接，V/I轉(zhuǎn)換電路XTR115第5 端與三極管Ql的發(fā)射極3相連接。
全文摘要
本發(fā)明變送器包括外接電位器、基準(zhǔn)電源、濾波電路及消抖、橋路、放大電路、零位調(diào)節(jié)和量程控制電路、V/I、濾波電路、保護(hù)電路、電源及輸出信號(hào)、電路印制板。工作機(jī)理是通過(guò)電纜將電源和采集卡與傳感器連接上；開通電源，通過(guò)鋼絲拉繩調(diào)節(jié)量程值為最小，使電流輸出為4.000mA；通過(guò)鋼絲拉繩調(diào)節(jié)量程值為最大，輸出電流為20.000mA。本發(fā)明采用了基于電位器設(shè)計(jì)的線位移變送器，分辨率可以做到無(wú)限，電路通用性好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，克服了其它變送器由于發(fā)熱而導(dǎo)致工作性能降低的弱點(diǎn)，可以在惡劣環(huán)境下工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK102162740SQ20101058648
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者寧寧, 張昭, 李閔行, 杜振華, 白瑋, 肖迎春, 郭佳 申請(qǐng)人:中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所