变送器接口型式的制作方法
【专利摘要】变送器的一种接口型式，涉及工业过程控制领域的一次仪表变送器的接口技术，在变送器壳体内部有印制板和用于固定印制板及直流供电接口端子的支架。在印制板的电源接入区，设有三个端子a、b、c或d和一个电阻，三个端子也可设计成纯焊盘，电阻的两个接线端或分别连于端子c和a，或分别连于端子b和d。外部供电回路可经端子A和B给变送器直接供电，当外部供电电源或回路经端子C和端子B或是端子A和端子D给变送器供电时，能确保变送器设定器的表笔可直接挂在端子A和端子B上，就可实现设定器与变送器的通讯交换数据，而无需拆线、接临时电阻和接线等工序，可大大提高相关控制测量系统或设备的调试效率。
【专利说明】
变送器接口型式
技术领域
[0001]本发明涉及工业过程控制领域的一次仪表变送器的接口技术，尤其是常规两线制变送器的供电接口型式。
【背景技术】
[0002]目前在工业过程控制领域，现场信号采集、测量、变送端广泛采用两线制变送器实现，其品牌主要有霍尼韦尔、罗斯蒙特等公司。
[0003]变送器的基本工作原理是由控制系统的上位端提供一个直流电压而工作，变送器有电工作后会根据自身所测的物理信号(如压力、温度等信号)的大小，向直流电压的提供者输出一个与所测物理信号成线性关系的电流信号，在电压的提供端通过一个采样电阻对电流信号进行采样，从而获得物理信号的大小；电压的提供者可以是二次仪表、计算机的数据采集卡，也可是配电器、信号馈电隔离模块，后两者需将测到的电流信号进行再分配，这种两线制电流信号传输型式的传输距离可达上千米、抗干扰能力强，得到广泛的应用。
[0004]像霍尼韦尔、罗斯蒙特等大公司生产的变送器，除能通过所接的两根线或是进出线端子实现供电、传输电流信号外，还能实现变送器设定器与变送器间的数字通讯。即变送器通过自身设备上同一个两线或两个端子的接口，即可传输模拟量形式的电流信号，又能以数字信号的形式与其它设备交互信息；这种数字通讯一般是依靠HART(高速远程可寻址传感器)协议或是厂家自定义的协议实现的。生产这样变送器的厂家均提供变送器设定器，借助设定器可对变送器的量程、响应时间等参数进行软设定，并且可使变送器进入信号源工作方式，此时可通过设定器指定变送器输出测量范围内任意大小的信号;借助变送器的信号源工作方式，对控制室端相应的测量仪表或其它测量设备测量准确度进行现场检查、调整及其方便。
[0005]当变送器已接线供电工作，且想在安装变送器的现场，用变送器设定器对变送器进行工作参数设定、或是检查二次仪表、计算机数据采集板卡的测量准确度时，需将设定器的一对表笔(以挂钩型式或是鳄鱼夹型式呈现)，挂在或是夹在变送器电源进出线的两个端子上，以实现设定器与变送器间的数据通讯。变送器的这对电源端子即用于供电、输出电流信号(传送模拟量任务)，又以半双工的方式传送数字化信息。当要进行可靠的数字化通讯时，在变送器的整个供电、电流取样测量回路中，电源端子以外部分要有250 Ω以上的上拉或下拉电阻才能实现，因为在进行数字通讯时，变送器是在控制回路中对应数字“I”输出一定特征的电流信号，对应数字“O”输出另一特征的电流信号，250 Ω以上的上拉或下拉电阻就会产生明显的代表数字“I”和数字“O”的电压信号，当变送器的供电电压一定时，此时在变送器电源端子间也就会产生明显的代表数字“I”和数字“O”的电压信号，数字通讯才得以实现。
[0006]由于二次仪表、计算机数据采集卡、配电器均用250Ω电阻来对两线制变送器输出的电流信号进行信号采样，当变送器连接到这样的数据采集电路中，变送器与变送器设定器进行数字通讯时，测量回路中的250 Ω电流信号采样电阻就起到了数字通讯功能所需的上拉或下拉电阻的作用。在控制测量系统中，如果变送器以这样的方式连接到测量回路中，当变送器设定器与变送器需在安装现场进行数字通讯时，只需将变送器的端盖打开，将变送器设定器的表笔挂在或是夹在变送器电源进线的两个端子上即可实现。
[0007]但是，在当代高可靠的数据采集系统或是过程控制系统里，在变送器和二次仪表间或计算机数据采集卡间，往往加进被称作馈电隔离信号模块的元件，由它为变送器供电，采集变送器输出的电流信号，将采集到的电流信号经隔离变换后再送往二次仪表或是计算机数据采集板卡;这样的馈电隔离信号处理模块目前做得都很精巧，其电流采样电阻一般只有50 Ω。在控制测量系统中，如果变送器以这样的方式连接到测量回路中，当变送器设定器与变送器需在安装现场进行数字通讯时，由于回路中的电流信号采样电阻只有50 Ω，使变送器电源进出线两端子间不足以产生代表数字“I”和数字“O”的电压信号变化，需格外在测量回路中外另加200 Ω以上的电阻，才能保证数字通讯信号的幅值要求，保证数字通讯的可靠实现。
[0008]可将变送器电源进线两个端子(一个为电源的正端，另一个为电源的负端)中的一个临时断开，串进一个200 Ω以上的电阻，使问题得以解决。即将电源线的正极端或负极端从端子上拆下，而电阻的一端接到该端子上，并将已拆下的单根电源线接到电阻的另一端，使变送器能够工作，并能进行数字通讯。当对变送器调试完毕，再将变送器的接线恢复原样;如需重新对变送器进行调试，需重新按这样的方式接线。
[0009]—座电厂或是一座石化厂往往有成千上万个变送器，如果每个变送器都按这样方式进行临时接线以便进行调试，会产生大量的人工费用。在我国随着经济的发展，劳动力成本变得越来越高，变送器的此种调试方式受到越来越多的诟病;按照现代产品“六性”设计的观点，其测试性和维修性有待提高。
【发明内容】
[0010]为了解决现有变送器的接口型式，在变送器需要用设定器进行调试时，常常需将已接好的线临时从变送器电源接入端子上拆下、临时串联接入一个阻值适当的电阻、调试完毕后又需将线重新接好，使相关的控制或测量系统的调试工作量成倍增加这一问题，本发明提供一种变送器的接口型式，使得变送器能像已有的变送器一样正常工作外，当变送器在最初的应用场所安装接线完毕后，不再需进行临时性拆接线就可实现设备或系统的调试。
[0011]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:变送器的一种接口型式，变送器的基本结构与目前流行的多数变送器结构相一致，在其壳体内部主要由印制板、用于固定印制板和固定直流供电接口端子的支架组成。印制板在设计时，其元件布置在逻辑上分成两个区域，一个为用于完成实际工作任务的功能任务区域，另一个为用于接入电源的电源接入区域;在电源接入区中配有端子或焊盘C、端子或焊盘a、端子或焊盘b及电阻RB或是配有端子或焊盘a、端子或焊盘b、端子或焊盘d及电阻RA;在功能任务区配有焊盘V+和V-;端子或焊盘a与焊盘V+通过印制板走线连接，端子或焊盘b与焊盘V-通过印制板走线连接；电阻RB的两个接线端，通过印制板走线分别与端子或焊盘c和端子或焊盘a连接，电阻RA的两个接线端，通过印制板走线分别与端子或焊盘b和d连接;功能任务区通过焊盘V+和V-接入工作电源，V+为电源正极接入端，V-为电源负极接入端;变送器的支架至少设有三个用于变送器与外部进行连接用的端子，这三个端子分别是C、A、B或者是A、B、D;端子A与端子或焊盘a用导线连接，端子B与端子或焊盘b用导线连接，端子C与端子或焊盘c用导线连接，端子D与端子或焊盘d用导线连接。
[0012]在本发明技术方案中，在印制板上电源接入区要配置I个电阻，共有两种配置型式，一种是配置在印制板电源接入区的电源正极接入端，即配置电阻的一个接线端要与端子或焊盘a相连接，此时称该电阻RB;另一种是配置在印制板电源接入区的电源负极接入端，即配置电阻的一个接线端要与端子或焊盘b相连接，此时称该电阻为RA。所配电阻RB或是RA的阻值为200 Ω或250 Ω，其功率标称值应不大于0.5W，0.25W就满足需要。支架上至少要有三个用于与外部供电电源或回路连接的端子，且与印制板上的电源接入端子或焊盘成一一对应关系，在变送器内部用导线进行对应连接。
[0013]当印制板电源接入区所配的电阻配置在电源正极接入端时，电源接入区共设置C、a和b三个接线端子或焊盘，所配的电阻为RB，其两个接线端分别与端子或焊盘c和a相连接；支架上至少配有C、A、B三个接线端子，与电源接入区内的三个端子或焊盘c、a和b对应地用导线进行连接;外部来的直流电源可经端子C和B给变送器供电，也可经端子A和B给变送器供电使其工作，C和A为电源的正极接入端，B为电源的负极接入端。
[0014]当印制板电源接入区所配的电阻配置在电源负极接入端时，电源接入区共设置a、b和d三个接线端子或焊盘，所配的电阻为RA，其两个接线端分别与端子或焊盘b和d相连接；支架上至少配有A、B、D三个接线端子，与电源接入区内的三个端子或焊盘a、b和d对应地用导线进行连接;外部来的直流电源可经端子A和B给变送器供电，也可经端子A和D给变送器供电使其工作，A为电源的正极接入端，B和D为电源的负极接入端。
[0015]本发明的有益效果是:当外部供电电源或回路经端子C(电源正极)和端子B(电源负极)或是端子A(电源正极)和端子D(电源负极)给变送器供电时，能确保变送器的通讯设定器的表笔可直接挂在端子A和B上，就可实现设定器与变送器的通讯交换数据，而无需拆线、接临时电阻和接线等工序，可大大提尚调试效率。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0017]图1是本发明第一个实施例的变送器供电接口关系图。
[0018]图2是本发明第二个实施例的变送器供电接口关系图。
[0019]图3是具有常规供电接口型式的变送器由纯电源供电进行设置时相关设备连接关系图。
[0020]图4是具有常规供电接口型式的变送器调试时相关设备连接关系图。
[0021]图5是具有本发明第二个实施例供电接口型式的变送器调试时相关设备连接关系图。
[0022]图6是具有本发明第二个实施例供电接口型式的变送器只被供电、未被连接到测量回路、单纯进行设置时相关设备连接关系图。
[0023]图中1.变送器信号接收器，2.接收器电流信号采样电阻RD，3.变送器设定器表笔夹，4.端子4，5.支架，6.端子17.端子0，8.端子或焊盘&，9.端子或焊盘13，10.电阻1^，11.印制板，12.端子或焊盘d,13.变送器，14.变送器设定器，15.直流电源，16.电阻RC，17.印制板电源接入区，18.印制板功能任务区，20.电阻RB，22.端子或焊盘c，27.端子C。
【具体实施方式】
[0024]图1表示本发明提供的一种变送器供电接口型式，在印制板11电源接入区17的电源正极接入端配置一个200 Ω或250 Ω的电阻RB20，电源接入区17共设置c22、a8和b9三个接线端子或焊盘，电阻RB20的两个接线端分别与端子或焊盘c22和a8相连接；支架5上配有C27、A4、B6三个接线端子，与电源接入区17内的三个端子或焊盘c22、a8和b9对应地用导线进行连接;外部来的直流电源可经端子C27和B6给变送器供电，也可经端子A4和B6给变送器供电使其工作，C27和A4为电源的正极接入端，B6为电源的负极接入端。
[0025]图2表示本发明提供的另一种变送器供电接口型式，在印制板11电源接入区17的电源负极接入端配置一个200 Ω或250 Ω的电阻RA10，电源接入区17共设置a8、b9和dl2三个接线端子或焊盘，电阻RAlO的两个接线端分别与端子或焊盘b9和dl2相连接;支架5上配有A4、B6、D7三个接线端子，与电源接入区17内的三个端子或焊盘a8、b9和dl2对应地用导线进行连接;外部来的直流电源可经端子A4和B6给变送器供电，也可经端子A4和D7给变送器供电使其工作，A4为电源的正极接入端，B6和D7为电源的负极接入端。
[0026]在图1和图2中，电阻RB20或RllO的标称功率不超过0.5W，0.25W可满足需要。在功能任务区18配有焊盘V+和V-，端子或焊盘a8与焊盘V+通过印制板走线连接，端子或焊盘b9与焊盘V-通过印制板走线连接，功能任务区18借此获得工作电源，并输出与所测物理量大小成比例关系或其它对应关系的电流信号。
[0027]图3，表示具有常规供电接口型式的变送器13由一个纯直流电源15供电工作，用设定器14进行设置时，呈现的相关设备间所需的接线关系，此时，系统不具备信号测量采样功能。为了实现设定器与变送器间的数字通讯，在变送器的供电回路中需串接一个250 Ω的电阻RC16，即可串接在供电回路的负极线路中，也可串接在正极线路中，图3中表示的是串在负极线路中。
[0028]图4表示的是:具有常规供电接口型式的变送器13在应用场所接入供电测量回路中，并呈现了用设定器14对其进行调试时相关设备间的接线关系。端子支架5上用于接入电源的端子只有两个端子A4和B6，A为正极，B为负极。同样为了实现设定器14与变送器13的数字通讯，需要供电测量回路中的电阻至少为250 Ω，图4中变送器信号接收器I在实际的测量或控制系统中一般为配电器、计算机AD数采卡、馈电隔离信号模块等模件。这类模件在其内部都有一个电流信号采样电阻RD2，且多数为250 Ω ;借助这个250 Ω电流信号采样电阻RD2，设定器14的数字通讯表笔3直接挂在变送器13支架A4、B6端子上，不需在回路中另串接其它的电阻RC16，就可实现设定器14与变送器13间的数字通讯，从而不费力气地用设定器14实现对变送器13的设置或调试。但近年来出现的馈电隔离信号模块的集成度变得越来越高，其电流信号采样电阻RD2的阻值只有50 Ω ;此情形就需在变送器13的供电测量回路中另串入一个至少为200 Ω的电阻RC16，才能保证设定器14能与变送器13进行可靠的数字通讯。当对已接入实际的测量或控制系统回路中的变送器13，在变送器13端对其进行调试时，就需将供电电源线中的一根，正极、负极均可，从支架端子A4或B6端子上拆下，将一个阻值至少为200 Ω电阻RC16的一端接到已将线拆下的端子A4或B6上，然后再将已拆下线的接头与这个电阻RC16的另一端相连接，这时设定器14的表笔3挂在支架5的A4、B6端子上能使设定器14与变送器13进行通讯实现调试功能。在调试完毕后，再拆下电阻RC16，将变送器13的供电接线恢复原样。像这样的拆线、接线过程会很浪费时间，当有很多的这样情形的变送器13需进行调试时，会耗掉很多人力成本;在我国人力成本变得越来越贵的今天，此情形很难让人接受。
[0029]图5表示的是:具有本发明供电接口型式的变送器在应用场所接入供电测量回路中，并呈现了用设定器对其进行调试时相关设备间的接线关系。
[0030]当事先知道测量或控制系统回路中测量端的变送器信号接收器I的电流信号采样电阻RD2不低于标称值250 Ω，在变送器13的最初安装接线时，就将测量供电回路的负极线接到变送器支架5的端子B6上；而当事先知道变送器信号接收器I的电流信号采样电阻RD2的阻值明显小于250 Ω，在变送器13的最初安装接线时，就将测量供电回路的负极线接到变送器支架5的端子D7上。在以上两种情形下，均可通过设定器14的表笔3直接挂接在支架5的端子A4和B6上，实现变送器13的设置和调试。后一种情形是利用了变送器13内部印制板11上额外配置的电阻RAlO实现设定器14与变送器13间的数字通讯功能，避免了像只具有常规供电接口型式的变送器13那样需进行拆线、接线的麻烦，节约了人力成本。RAlO阻值的标称值可为200 Ω或是250 Ω，变送器的最大工作电流为20mA，电阻RAlO为200 Ω时功耗为0.08W，250 Ω时功耗为0.1W。如果介意电阻RAlO有限的功率消耗，那么对于变送器13最初接线的后一种情形，在变送器13调试完毕后，可将来自变送器13外部的负极接线从支架5的端子D7上改到端子B6上。另外RllO的阻值可选用200 Ω，是基于变送器13接于实际的测量供电回路中时，一般最小的电流信号采用电阻RD2为50Ω，二者加起来就可达250 Ω，能实现设定器14与变送器13间的可靠通讯功能。
[0031]图5及其随后的本发明方案的使用过程描述，是以本发明方案的第二个实施例硬件结构为基础进行说明描述的，对应的第一个实施例的应用使用过程也是同样的。
[0032]图6表示的是:具有本发明第二个实施例供电接口型式的变送器只被供电、未被连接到测量回路、单纯进行设置时相关设备连接关系图。
[0033]由于在纯供电回路中，只有直流电源15为变送器13进行供电，未进行信号采集，无采样电阻RD2可利用，协助实现设定器14与变送器13间的数字通讯。此时只能是将回路中电源线的负极接到端子D7上，利用变送器13内部印制板11上额外配置的电阻RAlO实现设定器14与变送器13间的数字通讯功能，如果配置的电阻RAlO的阻值为200 Ω而非250 Ω，那么为了确保通讯的可靠性，还需在变送器13外部的供电回路中串接另一标称值为50 Ω电阻RC16，即可串接在供电回路的负极线路中，也可串接在正极线路中，图6中表示的是串在负极线路中，此种设置调试应用场景在实际中不常用。
【主权项】
1.一种变送器接口型式，所述变送器的基本结构与目前流行的多数变送器结构相一致，在其壳体内部主要由印制板(11)、用于固定印制板和固定直流供电接口端子的支架(5)组成，所述变送器的接口型式特征是:印制板在设计时，其元件布置在逻辑上分成两个区域，一个为用于完成实际工作任务的功能任务区域(18)，另一个为用于接入电源的电源接入区域(17);在电源接入区(17)中配有端子或焊盘c(22)、端子或焊盘a(8)、端子或焊盘b(9)及电阻RB(20)或是配有端子或焊盘a(8)、端子或焊盘b(9)、d(12)及电阻RA(1);在功能任务区(18)配有焊盘V+和V-;端子或焊盘a(8)与焊盘V+通过印制板走线连接，端子或焊盘b(9)与焊盘V-通过印制板走线连接;电阻RB(20)的两个接线端，通过印制板走线分别与端子或焊盘c(22)和端子或焊盘a(8)连接，电阻RA(1)的两个接线端，通过印制板走线分别与端子或焊盘b(9)和d(12)连接;功能任务区(18)通过焊盘V+和V-接入工作电源，V+为电源正极接入端，V-为电源负极接入端;变送器的支架(5)设有三个用于变送器与外部进行连接用的端子，这三个端子分别是C(27)、端子A(4)、端子B(6)或者是端子A(4)、端子B(6)、D(7);端子A(4)与端子或焊盘a(8)用导线连接，端子B(6)与端子或焊盘b(9)用导线连接，端子C(27)与端子或焊盘c(22)用导线连接，端子D(7)与端子或焊盘d(12)用导线连接。2.根据权利要求1所述的变送器接口型式，其特征是:印制板(11)电源接入区(17)上所配的电阻RB(20)，其两个接线端分别与端子或焊盘c(22)和端子或焊盘a(8)相连接;支架(5)上至少配有C(27)、端子A(4)、端子B(6)三个接线端子，外部来的直流电源可经端子C(27)和端子B(6)给变送器供电，也可经端子端子A(4)和端子B(6)给变送器供电使其工作，C(27)和端子A(4)为电源的正极接入端，端子B(6)为电源的负极接入端。3.根据权利要求1所述的变送器接口型式，其特征是:印制板(11)电源接入区(17)上所配的电阻为RA(10)，其两个接线端分别与端子或焊盘b(9)和d(12)相连接;支架(5)上至少配有端子A(4)、端子B(6)、D(7)三个接线端子，外部来的直流电源可经端子A(4)和端子B(6)给变送器供电，也可经端子A(4)和D(7)给变送器供电使其工作，端子A(4)为电源的正极接入端，端子B(6)和D(7)为电源的负极接入端。4.根据权利要求1所述的变送器接口型式，其特征是:印制板(11)电源接入区(17)上所配的电阻RB(20)或是RA(1)的阻值为200 Ω或250 Ω，电阻RB(20)或是RA( 10)的功率标称值不大于0.5W。
【文档编号】G01D11/00GK105823500SQ201610307471
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】赵文斌
【申请人】中国船舶重工集团公司第七 三研究所