一种温度变送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种温度变送器，包括：信号采集电路三个输入端分别连接温度传感器输出端，信号采集电路六个输出端分别连接变送芯片六个信号采集输入端；信号采集电路第一输入端分别通过五个并联的支路连接变送芯片的第二至第五信号采集输入端；五个并联的支路均包括一个电阻和一个电容并联；信号采集电路的第二输入端连接变送芯片的第一信号采集输入端；信号采集电路的第三输入端通过第六支路接地，第六支路包括并联的第六电阻和第六电容；变送芯片通过切换信号采集电路中的五个并联的支路，对温度变送范围进行选择；电压电流转换电路将变送芯片输出的电压信号转换为电流信号进行输出。能够满足线性误差小，精度高，抗干扰能力强，且量程可调。
【专利说明】一种温度变送器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及温度测量【技术领域】，特别涉及一种温度变送器。
【背景技术】
[0002]目前应用较广泛的温度传感器是钼热电阻。钼热电阻的工作原理是利用钼丝的电阻值随着温度的变化而变化来设计和制作的。
[0003]虽然热电阻具有测量范围大、精度高和稳定性好的优点。但是，钼热电阻的阻值和温度之间具有非线性关系，并且通常采集回路中采用不平衡电桥回路，这样会加重非线性误差。特别是测量的温度范围较宽时，导致的非线性更加明显。
[0004]参见图1，该图为现有技术中采用不平衡电桥回路采集的温度的示意图。
[0005]图1中通过调整VRl进行温度变送器零点的调整。
[0006]通过调整R3、R4、R5和R6的阻值实现温度变送器的变送范围的调整。
[0007]根据电路图可以得到如下公式⑴:
[0008]Rt = RO+ Δ R ； (I)
[0009]其中，Rt是PT100 (钼热电阻)传感器的阻值，Δ R温度变化时阻值的变化值；
[0010]Eout = Rl* Λ R*VCC/ [ (R1+R0+ Δ R) (R1+R0) ] (2)
[0011]从公式(2)中可以看出，由于分母项式中Λ R的存在，产生了更大的非线性误差，以O?500°C的变送器为例最大误差接近4%。如果不采用补偿措施，将无法进行高精度的测量。所以通常采用将输出电压Vout反馈到输入端的方法，进行线性化的补偿。
[0012]参见图2，该图为现有技术中的带有线性补偿的温度变送器示意图。
[0013]图2是在图1的基础上增加了补偿电路的示意图，即将Vout反馈到输入端。
[0014]补偿后的误差最小可达到0.1%。补偿前后的误差对比如图3所示。实线为线性补偿前，虚线为线性补偿后。
[0015]图2所示的电路在实际应用中也存在着诸多问题。
[0016]首先，调试不方便，如果达到理想的效果，需要工作人员反复调整VR1，VR2和VR3。这样将导致生产时间较长，并且不利于管控。
[0017]其次，容易产生漂移的问题。该回路采用了较多的固定电阻，可调电阻，以及运算放大器，工作较长一段时间后，该产品可能会出现漂移现象，最终将导致输出的结果出现偏差。
[0018]因此，本领域技术人员需要提供一种温度变送器，能够满足线性误差小，精度高，抗干扰能力强，且量程可调。
实用新型内容
[0019]本实用新型要解决的技术问题是提供一种温度变送器，能够满足线性误差小，精度高，抗干扰能力强，且量程可调。
[0020]本实用新型实施例提供一种温度变送器，包括:信号采集电路、变送芯片、电压电流转换电路；
[0021]所述变送芯片采用XTR108 ；
[0022]所述信号采集电路的三个输入端分别连接三线温度传感器的输出端，所述信号采集电路的六个输出端分别连接所述变送芯片的六个信号采集输入端；
[0023]所述信号采集电路的第一输入端分别通过五个并联的支路连接所述变送芯片的第二至第五信号采集输入端；所述五个并联的支路的结构相同均包括一个电阻和一个电容并联；所述五个并联的支路中的电阻的阻值不同，用于设置温度变送范围；
[0024]所述信号采集电路的第二输入端连接所述变送芯片的第一信号采集输入端；
[0025]所述信号采集电路的第三输入端通过第六支路接地，所述第六支路包括并联的第六电阻和第六电容；
[0026]所述变送芯片，用于通过切换所述信号采集电路中的五个并联的支路，对温度变送范围进行选择；
[0027]所述电压电流转换电路，用于将所述变送芯片输出的电压信号转换为4?20mA的电流信号进行输出。
[0028]优选地，所述电压电流转换电路包括:第一 NMOS管；
[0029]所述第一NMOS管的栅极连接所述变送芯片的VG输出端，所述第一 NMOS管的漏极连接VCC，所述第一 NMOS管的源极作为该温度变送器的第一输出端；
[0030]所述变送芯片的电流输出端1为该温度变送器的第二输出端。
[0031]优选地，还包括存储器，用于对所述变送芯片进行参数设置，所述存储器连接所述变送芯片的串行数据SD1和串行时钟SCLK的输入端/输出端。
[0032]优选地，还包括:稳压二极管和第三二极管；
[0033]所述稳压二极管的阳极连接所述变送芯片的所述电流输出端1 ；
[0034]所述稳压二极管的阴极连接所述第一 NMOS管的源极；
[0035]所述第三二极管的阳极作为所述第一输出端；
[0036]所述第三二极管的阴极连接所述第一 NMOS管的源极。
[0037]优选地，还包括:第一铁氧体磁珠、第二铁氧体磁珠、第十五电容、第十七电容、第十九电容；
[0038]所述第一铁氧体磁珠的一端连接所述第三二极管的阳极，所述第一铁氧体磁珠的另一端作为该温度变送器的第一输出端；
[0039]所述第二铁氧体磁珠的一端连接所述变送芯片的所述电流输出端10，所述第二铁氧体磁珠的另一端作为该温度变送器的第二输出端；
[0040]所述第一 NMOS管的栅极通过所述第十五电容接地；
[0041]所述第一 NMOS管的漏极通过所述第十七电容接地；
[0042]所述第三二极管的阳极和所述稳压二极管的阳极之间连接所述第十九电容。
[0043]优选地，还包括:第二十三电容、第十三电容、第五铁氧体磁珠、第六铁氧体磁珠和第七铁氧体磁珠；
[0044]所述信号采集电路的第二输入端通过所述第五铁氧体磁珠连接所述变送芯片的第一信号米集输入端；
[0045]所述变送芯片的第一信号采集输入端通过所述第二十三电容接地；
[0046]所述第六铁氧体磁珠连接在所述信号采集电路的第一输入端和所述五个并联的支路之间；
[0047]所述第七铁氧体磁珠连接在所述信号采集电路的第三输入端和所述第六支路之间。
[0048]优选地，还包括:第十三电阻、第十五电阻、第十七电阻、第二十七电阻；
[0049]所述变送芯片的VO管脚和IN管脚之间连接所述第十三电阻；
[0050]所述变送芯片的RLIN管脚通过所述第十五电阻接地；
[0051]所述变送芯片的RSET管脚通过所述第十七电阻接地；
[0052]所述变送芯片的第一片选管脚CSl通过所述第二十七电阻接电源VCC。
[0053]优选地，所述五个并联的支路中的电容的阻值均相同。
[0054]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0055]本实施例提供的温度变送器，信号采集电路中不需要采用不平衡桥回路，并且不需要人工调节可调电阻来改变温度变送范围，采用Ui这个变送芯片来实现温度变送，并且量程可调。该电路简单、体积较小。由于信号采集电路中连接有六组并联的支路，因此，全部的温度变送范围可以通过Ul内部的切换开关来调节，线性度好，并且，所有的调节均可以通过Ul来实现，可靠性也高。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0057]图1是现有技术中采用不平衡电桥回路采集的温度的示意图；
[0058]图2是现有技术中的带有线性补偿的温度变送器示意图；
[0059]图3是图2和图1的误差对比示意图；
[0060]图4是本实用新型提供的温度变送器的电路图。
【具体实施方式】
[0061]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0062]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0063]实施例二:
[0064]参见图4，该图为本实用新型提供的温度变送器的电路图。
[0065]本实施例提供的温度变送器，包括:信号采集电路、变送芯片U1、电压电流转换电路；
[0066]所述变送芯片Ul采用XTR108 ；
[0067]所述信号采集电路的三个输入端分别连接三线温度传感器的输出端，如图4所示的接线端子的1、2和3 ;所述信号采集电路的六个输出端分别连接所述变送芯片Ul的六个信号采集输入端；如图4所示的Ul的六个信号采集输入端分别是V/1-0、V/1-1、V/1-2、V/1-3、V/1-4、V/1-5。
[0068]需要说明的是，本实施例对应的温度传感器是PT100温度传感器，该温度传感器输出的是三线，因此，该温度变送器的输入线也是三个，与温度传感器的三线相对应。
[0069]所述五个并联的支路的结构相同均包括一个电阻和一个电容并联；所述五个并联的支路中的电阻的阻值不同，用于设置温度变送范围；
[0070]需要说明的是，所述五个并联的支路中的电容的容值均相同。
[0071]所述信号采集电路的第一输入端I分别通过五个并联的支路连接所述变送芯片Ul的第二至第五信号采集输入端；如图4所示，五个并联的支路分别是Rl和Cl并联、R2和C2并联、R3和C3并联、R4和C4并联、R5和C5并联。Ul的第二至第五信号采集输入端分别是 V/1-1、V/1-2、V/1-3、V/1-4、V/1-5。
[0072]所述信号采集电路的第二输入端2连接所述变送芯片Ul的第一信号采集输入端V/1-O ；
[0073]所述信号采集电路的第三输入端3通过第六支路接地，所述第六支路包括并联的第六电阻R6和第六电容C6 ；
[0074]所述变送芯片U1，用于通过切换所述信号采集电路中的五个并联的支路，对温度变送范围进行选择；
[0075]可以理解的是，Ul内部包括切换开关，可以通过控制切换开关的状态，来选择不同的并联支路来导通，从而实现信号采集电路的第一输入端通过不同的电阻和电容后进入U1，这样可以来调整需要的温度变送范围。
[0076]所述电压电流转换电路，用于将所述变送芯片Ul输出的电压信号转换为4?20mA的电流信号进行输出。
[0077]需要说明的是，信号被采集到Ul内部以后，Ul内部对信号进行放大和线性度处理，因此，从外围电路上来看，没有信号放大和线性度处理电路，这些功能全部集成在Ul的内部，由Ul来实现。
[0078]可以理解的是，信号的放大倍数等是Ul内部来设置的。
[0079]本实施例提供的温度变送器，信号采集电路中不需要采用不平衡桥回路，并且不需要人工调节可调电阻来改变温度变送范围，采用Ul这个变送芯片来实现温度变送，并且量程可调。该电路简单、体积较小。由于信号采集电路中连接有六组并联的支路，因此，全部的温度变送范围可以通过Ul内部的切换开关来调节，线性度好，并且，所有的调节均可以通过Ul来实现，可靠性也高。
[0080]实施例二:
[0081]继续参见图4。
[0082]本实施例中，所述电压电流转换电路包括:第一 NMOS管Ql ；
[0083]所述第一 NMOS管Ql的栅极连接所述变送芯片Ul的VG输出端，所述第一 NMOS管Ql的漏极连接VCC，所述第一 NMOS管Ql的源极作为该温度变送器的第一输出端；
[0084]所述变送芯片的电流输出端1为该温度变送器的第二输出端。
[0085]本实施例中的温度变送器，还包括存储器，用于对所述变送芯片进行参数设置，所述存储器连接所述变送芯片的串行数据SD1和串行时钟SCLK的输入端/输出端。
[0086]需要说明的是，存储器由芯片U3来实现，U3中用于保存参数。该温度变送器的一些参数保存到U3中，例如通过单片机将参数保存到U3中。然后，每次上电开始工作时，U3从Ul中读取需要的参数。
[0087]本实施例中的温度变送器，还包括:稳压二极管Dl和第三二极管D3 ；
[0088]所述稳压二极管Dl的阳极连接所述变送芯片Ul的所述电流输出端1 ；
[0089]所述稳压二极管Dl的阴极连接所述第一 NMOS管Ql的源极；
[0090]所述第三二极管D3的阳极作为所述第一输出端；
[0091]所述第三二极管D3的阴极连接所述第一 NMOS管Ql的源极。
[0092]需要说明的是，Dl和D3的作用是为了对电源的输入极性和电压范围进行保护。
[0093]本实施例中的温度变送器，还包括:第一铁氧体磁珠L1、第二铁氧体磁珠L2、第十五电容C15、第十七电容C17、第十九电容C19 ；
[0094]需要说明的是，L1、L2、C15、C16和C19的作用是为了抑制信号干扰，滤除噪声信号。
[0095]所述第一铁氧体磁珠LI的一端连接所述第三二极管D3的阳极，所述第一铁氧体磁珠LI的另一端作为该温度变送器的第一输出端；
[0096]所述第二铁氧体磁珠L2的一端连接所述变送芯片Ul的所述电流输出端10，所述第二铁氧体磁珠L2的另一端作为该温度变送器的第二输出端；
[0097]所述第一 NMOS管Ql的栅极通过所述第十五电容C15接地；
[0098]所述第一 NMOS管Ql的漏极通过所述第十七电容C17接地；
[0099]所述第三二极管D3的阳极和所述稳压二极管Dl的阳极之间连接所述第十九电容C19。
[0100]本实施例中的温度变送器，还包括:第二十三电容C23、第十三电容C13、第五铁氧体磁珠L5、第六铁氧体磁珠L6和第七铁氧体磁珠L7 ；
[0101]需要说明的是，C23、C13、L5、L6和L7的作用是为了抑制信号干扰，滤除噪声信号。
[0102]所述信号采集电路的第二输入端通过所述第五铁氧体磁珠L5连接所述变送芯片Ul的第一信号米集输入端；
[0103]所述变送芯片Ul的第一信号采集输入端通过所述第二十三电容C23接地；
[0104]所述第六铁氧体磁珠L6连接在所述信号采集电路的第一输入端和所述五个并联的支路之间；
[0105]所述第七铁氧体磁珠L7连接在所述信号采集电路的第三输入端和所述第六支路之间。
[0106]本实施例中的温度变送器，还包括:第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第二十七电阻R27 ；
[0107]所述变送芯片Ul的VO管脚和IN管脚之间连接所述第十三电阻R13 ；
[0108]所述变送芯片Ul的RLIN管脚通过所述第十五电阻R15接地；
[0109]所述变送芯片Ul的RSET管脚通过所述第十七电阻接R17地；
[0110]所述变送芯片Ul的第一片选管脚CSl通过所述第二十七电阻R27接电源VCC。
[0111]R13的作用是配合Ul内部电路完成Ul的输出电压转换为电流的功能；
[0112]R15的作用是配合Ul内部回路完成线性补偿功能；
[0113]R17的作用是设定Ul内部的参考电流，配合Rl?R5完成数据采集功能；
[0114]R27作为上拉电阻，其作用是调试过程中配合外部编程器对Ul的参数进行读写。
[0115]本实用新型提供的温度变送器，将温度传感器输出的信号进行采集、放大、线性调整、V/I转换，输出稳定可靠的4-20mA的电流信号。可以供给后续PLC等电流信号采集设备使用。该产品精度高，抗干扰性好，只需简单设定就可满足不同量程的需要。而且该电路可对钼电阻的二次项线性化补偿，从而使钼电阻的非线性大大改善。其精度优于0.1%FS0
[0116]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种温度变送器，其特征在于，包括:信号采集电路、变送芯片、电压电流转换电路； 所述变送芯片采用XTR108 ； 所述信号采集电路的三个输入端分别连接三线温度传感器的输出端，所述信号采集电路的六个输出端分别连接所述变送芯片的六个信号采集输入端； 所述信号采集电路的第一输入端分别通过五个并联的支路连接所述变送芯片的第二至第五信号采集输入端；所述五个并联的支路的结构相同均包括一个电阻和一个电容并联；所述五个并联的支路中的电阻的阻值不同，用于设置温度变送范围； 所述信号采集电路的第二输入端连接所述变送芯片的第一信号采集输入端； 所述信号采集电路的第三输入端通过第六支路接地，所述第六支路包括并联的第六电阻和第六电容； 所述变送芯片，用于通过切换所述信号采集电路中的五个并联的支路，对温度变送范围进行选择； 所述电压电流转换电路，用于将所述变送芯片输出的电压信号转换为4?20mA的电流信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的温度变送器，其特征在于，所述电压电流转换电路包括:第一NMOS 管； 所述第一 NMOS管的栅极连接所述变送芯片的VG输出端，所述第一 NMOS管的漏极连接VCC，所述第一 NMOS管的源极作为该温度变送器的第一输出端； 所述变送芯片的电流输出端10为该温度变送器的第二输出端。
3.根据权利要求1所述的温度变送器，其特征在于，还包括存储器，用于对所述变送芯片进行参数设置，所述存储器连接所述变送芯片的串行数据SD10和串行时钟SCLK的输入端/输出端。
4.根据权利要求2所述的温度变送器，其特征在于，还包括:稳压二极管和第三二极管； 所述稳压二极管的阳极连接所述变送芯片的所述电流输出端10 ； 所述稳压二极管的阴极连接所述第一 NM0S管的源极； 所述第三二极管的阳极作为所述第一输出端； 所述第三二极管的阴极连接所述第一 NM0S管的源极。
5.根据权利要求4所述的温度变送器，其特征在于，还包括:第一铁氧体磁珠、第二铁氧体磁珠、第十五电容、第十七电容、第十九电容； 所述第一铁氧体磁珠的一端连接所述第三二极管的阳极，所述第一铁氧体磁珠的另一端作为该温度变送器的第一输出端； 所述第二铁氧体磁珠的一端连接所述变送芯片的所述电流输出端10，所述第二铁氧体磁珠的另一端作为该温度变送器的第二输出端； 所述第一 NM0S管的栅极通过所述第十五电容接地； 所述第一 NM0S管的漏极通过所述第十七电容接地； 所述第三二极管的阳极和所述稳压二极管的阳极之间连接所述第十九电容。
6.根据权利要求1所述的温度变送器，其特征在于，还包括:第二十三电容、第十三电容、第五铁氧体磁珠、第六铁氧体磁珠和第七铁氧体磁珠； 所述信号采集电路的第二输入端通过所述第五铁氧体磁珠连接所述变送芯片的第一信号采集输入端； 所述变送芯片的第一信号采集输入端通过所述第二十三电容接地； 所述第六铁氧体磁珠连接在所述信号采集电路的第一输入端和所述五个并联的支路之间； 所述第七铁氧体磁珠连接在所述信号采集电路的第三输入端和所述第六支路之间。
7.根据权利要求1所述的温度变送器，其特征在于，还包括:第十三电阻、第十五电阻、第十七电阻、第二十七电阻； 所述变送芯片的V0管脚和IN管脚之间连接所述第十三电阻； 所述变送芯片的RLIN管脚通过所述第十五电阻接地； 所述变送芯片的RSET管脚通过所述第十七电阻接地； 所述变送芯片的第一片选管脚CS1通过所述第二十七电阻接电源VCC。
8.根据权利要求1所述的温度变送器，其特征在于，所述五个并联的支路中的电容的阻值均相同。
【文档编号】G01K7/21GK204142385SQ201420462453
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】张军, 张志准 申请人:烟台荏原空调设备有限公司