一种湿度变送器的制作方法

本实用新型属于信号转换技术领域，具体涉及一种带4-20mA输出的湿度变送器。

背景技术：

湿度是表示空气中水蒸气的物理含量，它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域，可见对环境湿度的检测使用的多么频繁。早期我国测量湿度的技术主要是采用各种各样的湿敏元器件搭配组合模拟电路的方式进行测量。近几年，对SHT30湿度传感器直接输出的电压信号进行转换输出已成为当下的一种发展方向和追求。在工控行业，默认的电流输出标准是4～20mA。因此设计一种稳定、简单、廉价且带标准4～20mA信号输出的湿度变送器显得十分重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种将环境湿度值转换为4-20mA电流信号输出的湿度变送器。

本实用新型包括供电模块、信号转换模块、信号放大模块和变送输出模块；所述的供电模块通过电压转换芯片将输入的24V电压转换为正5V电压和负5V电压输出到信号转换模块及信号放大模块；所述的信号转换模块通过湿度传感器将环境中的湿度值转换为电压信号并传输给信号放大模块。

所述的信号放大模块包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正相输入端接地，反相输入端接第一电阻R1及第二电阻R2的一端；第一电阻R1的另一端接信号转换模块的模拟信号输出端；第二电阻R2的另一端接滑动变阻器R3的第一接线端及滑动端；滑动变阻器R3的第二接线端接第一运算放大器的输出端及第三电阻R4的一端。第二运算放大器的反相输入端接第三电阻R4的另一端及第四电阻R5的一端；第四电阻R5的另一端接第二运算放大器输出端；第二运算放大器的正相输入端接地；第一运算放大器的正供电电压端接供电模块的正5V输出端。第一运算放大器的负供电电压端接供电模块的负5V输出端。第二运算放大器的输出端接第五电阻R6的一端。第五电阻R6的另一端即信号放大模块的电压输出端。

所述的变送输出模块包括第三运算放大器和三极管。所述第三运算放大器的正相输入端接信号放大模块的电压输出端；第三运算放大器的反相输入端接第六电阻R7及第七电阻R8的一端；第六电阻R7的另一端接地。第七电阻R8的另一端接三极管的发射极、第九电阻R10的一端、第一二极管D1的正极；第九电阻R10的另一端接地。第三运算放大器的输出端接第八电阻R9的一端；第八电阻R9的另一端接第一二极管D1的负极及三极管的基极；三极管的集电极接供电模块的电流输出端；第九电阻R10的接地端即变送输出模块的电流信号输出端。

所述的供电模块包括负压转换芯片和稳压转换芯片；所述的负压转换芯片采用型号为TC7660HEOA的负压转换芯片；所述的稳压转换芯片采用型号为LP2951的稳压转换芯片；稳压转换芯片的OUTPUT管脚及SENSE管脚均接第四电容C4的一端；第四电容C4的另一端接地。稳压转换芯片的SHUTDOWN管脚及GND管脚均接地。稳压转换芯片的VTAP管脚与FEEDBACK管脚相连。稳压转换芯片的INPUT管脚接第三电容C3、第五电容C5的一端及第二二极管D2的负极；第三电容C3及第五电容C5的另一端均接地；第二二极管D2的正极接第十电阻R11的一端；第十电阻R11的另一端接24V电压。负压转换芯片的V+管脚接稳压转换芯片的OUTPUT管脚及第八电容C8的一端；第八电容C8的另一端接地。负压转换芯片的Cap+管脚接第六电容C6的一端；第六电容C6的另一端接第二转换芯片的Cap-管脚。负压转换芯片的GND管脚接地；负压转换芯片的Vout管脚接第七电容C7的一端；第七电容C7的另一端接地；第二二极管D2的负极即供电模块的电流输出端。稳压转换芯片的OUTPUT管脚即供电模块的正5V输出端。所述的负压转换芯片的Vout管脚即供电模块的负5V输出端。

所述的信号转换模块包括湿度传感器。所述的湿度传感器采用型号为SHT30_ARP的湿度传感器；湿度传感器的2管脚及3管脚均接地，5管脚及6管脚均接第一电容C1的一端及供电模块的正5V输出端，7管脚及8管脚均与第一电容C1的另一端相连并接地，1管脚接第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端接地。湿度传感器的1管脚即信号转换模块的模拟信号输出端。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型只需提供24V电压即可获得精准的电流输出。

2、本实用新型适用各种工业场合，满足实业需求。

3、本实用新型电路结构简单，输出稳定且成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型中供电模块的电路原理图；

图3为本实用新型中信号转换模块的电路原理图；

图4为本实用新型中信号放大模块的电路原理图；

图5为本实用新型中变送输出模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种湿度变送器，包括供电模块101、信号转换模块102、信号放大模块103和变送输出模块104；供电模块101通过电压转换芯片将输入的24V电压转换为正5V电压和负5V电压输出到信号转换模块102及信号放大模块103；信号转换模块102通过湿度传感器将环境中的湿度值转换为电压信号并传输给信号放大模块。信号放大模块通过第一运算放大器和第二运算放大器将信号转换模块102传输来的电压信号放大并传输给变送输出模块104。变送输出模块104将电压信号转换为4～20mA的电流信号输出。

如图2所示，供电模块101包括负压转换芯片U3和稳压转换芯片U4；负压转换芯片U3采用型号为TC7660HEOA的负压转换芯片，稳压转换芯片U4采用型号为LP2951的稳压转换芯片；稳压转换芯片U4的OUTPUT管脚及SENSE管脚均接第四电容C4的一端；第四电容C4的另一端接地。稳压转换芯片U4的SHUTDOWN管脚及GND管脚均接地。稳压转换芯片U4的VTAP管脚与FEEDBACK管脚相连。稳压转换芯片U4的INPUT管脚接第三电容C3、第五电容C5的一端及第二二极管D2的负极；第三电容C3及第五电容C5的另一端均接地；稳压转换芯片U4的其余管脚均悬空。第二二极管D2的正极接第十电阻R11的一端；第十电阻R11的另一端接24V电压。负压转换芯片U3的V+管脚接稳压转换芯片U4的OUTPUT管脚及第八电容C8的一端；第八电容C8的另一端接地。负压转换芯片U3的Cap+管脚接第六电容C6的一端；第六电容C6的另一端接第二转换芯片的Cap-管脚。负压转换芯片U3的GND管脚接地；负压转换芯片U3的Vout管脚接第七电容C7的一端；第七电容C7的另一端接地；负压转换芯片U3的其余管脚均悬空。第二二极管D2的负极即供电模块101的电流输出端A-1。稳压转换芯片U4的OUTPUT管脚即供电模块101的正5V输出端H+5V。所述的负压转换芯片U3的Vout管脚即供电模块101的负5V输出端H-5V。

如图3所示，信号转换模块102包括湿度传感器U1。湿度传感器U1采用型号为SHT30_ARP的湿度传感器；SHT30_ARP湿度传感器用于将环境湿度直接转换成线性的电压值。SHT30_ARP湿度传感器的参数如下：湿度0％～100％RH，精度3％RH，工作温度-40～120℃。湿度传感器U1的2管脚及3管脚均接地，5管脚及6管脚均接第一电容C1的一端及供电模块的正5V输出端H+5V，7管脚及8管脚均与第一电容C1的另一端相连并接地，1管脚接第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端接地。湿度传感器U1的其余管脚均悬空。湿度传感器U1的1管脚即信号转换模块102的模拟信号输出端A-3。

如图4所示，信号放大模块103包括第一运算放大器U2A和第二运算放大器U2B；第一运算放大器U2A的正相输入端接地，反相输入端接第一电阻R1及第二电阻R2的一端；第一电阻R1的另一端接信号转换模块102的模拟信号输出端A-3；第二电阻R2的另一端接滑动变阻器R3的第一接线端及滑动端；滑动变阻器R3的第二接线端接第一运算放大器U2A的输出端及第三电阻R4的一端。第二运算放大器U2B的反相输入端接第三电阻R4的另一端及第四电阻R5的一端；第四电阻R5的另一端接第二运算放大器输出端；第二运算放大器U2B的正相输入端接地；第一运算放大器U2A的正供电电压端接供电模块的正5V输出端H+5V。第一运算放大器U2A的负供电电压端接供电模块的负5V输出端H-5V。第二运算放大器U2B的输出端接第五电阻R6的一端。第五电阻R6的另一端即信号放大模块的电压输出端A-2。

如图5所示，变送输出模块104包括第三运算放大器U2D和三极管HQ1。第三运算放大器U2D的正相输入端接信号放大模块的电压输出端A-2，反相输入端接第六电阻R7及第七电阻R8的一端；第六电阻R7的另一端接地。第七电阻R8的另一端接三极管HQ1的发射极、第九电阻R10的一端、第一二极管D1的正极；第九电阻R10的另一端接地。第三运算放大器U2D的输出端接第八电阻R9的一端；第八电阻R9的另一端接第一二极管D1的负极及三极管HQ1的基极；三极管HQ1的集电极接供电模块的电流输出端A-1；第九电阻R10的接地端即变送输出模块的电流信号输出端I。

本实用新型的工作原理如下：

第一运算放大器U2A反相输入端电压和湿度传感器U1的输出端电压相等。第一运算放大器U2A的输出端电压U₁、第二运算放大器U2B的输出端电压U₂、第三运算放大器U2D的反相端电压U₃及变送输出模块的104的电流输出端I的电流值I的计算公式如下：

U₃＝U₂

其中，U₀是湿度传感器U1的输出端电压。R₁是第二电阻R1的阻值，R₃是滑动变阻器R3的阻值，R₂是第二电阻R2的阻值，R₄是第三电阻R4的阻值，R₅是第四电阻R5的阻值，R₇是第六电阻R7的阻值，R₈是第七电阻R8的阻值，R₁₀是第九电阻R10的阻值。

当湿度传感器SHT30_ARP将环境湿度转换为线性的电压后，根据公式即可推导出变送输出模块的电流信号输出端I电流值的大小。以此实现湿度值的电流形式精准变送输出。