專利名稱：用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，特別是指一種工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制終端設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)溫度儀表熱電偶傳來(lái)的信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，特別適合于石化、給排水、電力、冶金等領(lǐng)域的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制終端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，并將溫度儀表熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號(hào)傳給模擬量輸入電路，完成溫度信號(hào)的測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，在我國(guó)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域控制設(shè)備中將溫度儀表熱電偶調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電路，采用多級(jí)運(yùn)放處理信號(hào)，不但元器件數(shù)量多，而且需要正負(fù)電源。其不足之處是適應(yīng)環(huán)境能力差，測(cè)量溫度范圍固定，測(cè)量精度不高，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，給實(shí)際操作帶來(lái)很大不便。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提出的一種用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，它具有一路輸入，將現(xiàn)場(chǎng)的溫度熱電偶傳感器傳來(lái)的信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的信號(hào)，通過(guò)跳線可以設(shè)定四種不同類型的熱電偶輸入，測(cè)量精度高，更適于根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，方便了實(shí)際操作。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到一種用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，該電路由XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1、差動(dòng)運(yùn)算放大器U2、溫度補(bǔ)償二極管、三極管、調(diào)零電位器、調(diào)滿度電路以及測(cè)量溫度范圍選擇電路組成，其電路的具體連接構(gòu)成如下XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的管腿V+接入電源VCC，管腿I0接入顯示儀器RL，在電源輸入V+和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出I0之間并聯(lián)一個(gè)電容C1，管腿V+端接入三極管Q1的集電極和電源VCC，三極管Q1的基極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿B，三極管的發(fā)射極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿E，轉(zhuǎn)換芯片的管腿Ir1通過(guò)電阻R2接到跳線端E、J、K、T，通過(guò)跳線接入并聯(lián)的電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端，同時(shí)轉(zhuǎn)換芯片的管腿Ir1通過(guò)溫度二極管CR1接電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端，電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端通過(guò)電位器Wz接管腿Ir2和熱電偶的負(fù)端，熱電偶的正端接入差動(dòng)運(yùn)算放大器U2正輸入端3腿，其負(fù)輸入端2腿通過(guò)電阻R1與負(fù)輸入端6腿相連，在差動(dòng)放大器U2的負(fù)輸入端2、6腿與輸出端1、7之間各接入一個(gè)反饋電阻Rf1、Rf2，其輸出端1、7分別接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vin+與Vin-管腿，運(yùn)算放大器U2正輸入端5腿接到跳線端E、J、K、T，XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vreg管腿接入差動(dòng)運(yùn)放器U2的V+端，為U2提供電源；差動(dòng)運(yùn)放器U2的V-端接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片的Iret管，電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端與調(diào)零電位器Wz的連接點(diǎn)通過(guò)Rcm、C2并聯(lián)組成的阻容濾波器接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片的Iret管腿，XTR105轉(zhuǎn)換芯片的兩個(gè)管腿Rg接由四個(gè)電阻RgE、RgJ、RgK、RgT并聯(lián)后再和電位器Wg串聯(lián)組成的調(diào)滿度電路的兩端。
本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)該用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，主要是在XTR105轉(zhuǎn)換芯片的Ir1管腿處接入了四組跳線，可通過(guò)不同的跳線方式，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，來(lái)設(shè)定四種不同類型熱電偶輸入；該電路已經(jīng)制成了模塊，安裝方便快捷；由于電路設(shè)計(jì)考慮了電壓適用范圍及測(cè)量精度，可工作在13.5V～36V，測(cè)量精度在滿量程時(shí)均為±5‰。


圖1.用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖1用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路圖，該電路由XTR105轉(zhuǎn)換芯片、差動(dòng)運(yùn)算放大器、溫度補(bǔ)償二極管、三極管、調(diào)零電位器、調(diào)滿度電路以及測(cè)量溫度范圍選擇電路組成。
四種不同類型的熱電偶通過(guò)跳線與一組電阻連接，通過(guò)改變跳線位置可設(shè)定四種不同類型熱電偶的輸入范圍；XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Ir1及Ir2兩個(gè)管腿為恒流源，分別接在電位器Wz和熱電偶串聯(lián)電路的兩端，提供0.8mA電流驅(qū)動(dòng)；XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1管腿Ir1通過(guò)一個(gè)分壓電阻R2接入這組電阻跳線端和差動(dòng)運(yùn)算放大器U2的5腿(正輸入端)，同時(shí)又通過(guò)一個(gè)二極管CR1接入這組電阻的非跳線端，在這組電阻的非跳線端還接入一電位器Wz用于電流調(diào)零。熱電偶的正端接入差動(dòng)運(yùn)算放大器U2有3腿(正輸入端)，其2腿(負(fù)輸入端)通過(guò)電阻R1與U2的6腿(負(fù)輸入端)相連，在差動(dòng)放大器U2的負(fù)輸入端與輸出端之間各接入一個(gè)反饋電阻Rf1、Rf2，其輸出端分別接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vin+與Vin-管腿；XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vreg管腿接入差動(dòng)運(yùn)放器U2的V+端，為U2提供電源；差動(dòng)運(yùn)放器U2的V-端接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Iret管腿；熱電偶與調(diào)零電位器的連接點(diǎn)通過(guò)Rcm、C2并聯(lián)組成的阻容濾波電路接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Iret管腿；XTR105的兩個(gè)管腿Rg接入由電位器Wg、四個(gè)電阻RgE、RgJ、RgK、RgT組成的調(diào)滿度電路，通過(guò)改變跳線位置可設(shè)定四種不同熱電偶輸入范圍所對(duì)應(yīng)的調(diào)滿度電阻。該電路由電源VCC提供電源，電源電壓范圍是13.5V～36V，XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的管腿V+接入電源VCC，管腿I0為標(biāo)準(zhǔn)輸出電流，可接入相應(yīng)的測(cè)試顯示儀器RL；在電源輸入和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出之間并聯(lián)一個(gè)電容C1，用于過(guò)濾電源干擾電平；管腿V+端接入三極管的集電極，三極管的作用是提高標(biāo)準(zhǔn)輸出電流的能力，三極管的基極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿B，三極管的發(fā)射極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿E。XTR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿Ir1和Ir2為恒流源，出來(lái)兩路電流為0.8mA分別驅(qū)動(dòng)熱電偶、電位器Wz、差動(dòng)運(yùn)算放大器，XTR105轉(zhuǎn)換芯片的放大器輸出端測(cè)量出熱電偶和電阻R2之間的不同電壓值。電位器Wz能調(diào)節(jié)使最低測(cè)量溫度達(dá)到4mA時(shí)的輸出來(lái)校正XTR105轉(zhuǎn)換芯片的電壓和參考電流的匹配。兩個(gè)管腿Rg連接的調(diào)滿度電路就是在測(cè)量最高溫度時(shí)保證其輸出為20mA。電阻Rcm提供了一個(gè)附加的壓降使XTR105轉(zhuǎn)換芯片的輸入接近于它們通常模式下的輸入范圍。電阻Rcm并聯(lián)了一個(gè)電容C2以使通常模式下的干擾降到最低。電阻RE、RJ、RK、RT除了具有線性修正的作用，還可通過(guò)不同的跳線方式設(shè)置不同的熱電偶輸入范圍。
該用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，將一路熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，通過(guò)跳線可以設(shè)定四種不同熱電偶輸入范圍。
下表列出熱電偶類型及其測(cè)量范圍

該用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，已制成模塊，本廠編號(hào)和名稱為E302熱電偶溫度調(diào)理模塊，現(xiàn)說(shuō)明如下E302熱電偶溫度調(diào)理模塊外形尺寸為(長(zhǎng))216mm×(寬)54mm×(高)44mm采用C型盒封裝，安裝在7.5mm×35mm的DIN導(dǎo)軌上，連接到系統(tǒng)I/OBUS總線上。
E302熱電偶信號(hào)調(diào)理模塊提供了一路熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換，熱電偶為三線制熱電偶。輸出為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。其測(cè)量范圍在出廠時(shí)被設(shè)置。在接線時(shí)應(yīng)注意信號(hào)線的順序。模塊使用接線端子與外圍電路連接，推薦使用22～12AWG的標(biāo)準(zhǔn)電線。
現(xiàn)說(shuō)明該E302熱電偶信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)用實(shí)例，現(xiàn)以ECHO鍋爐干度控制儀為例，說(shuō)明E302熱電偶信號(hào)調(diào)理模塊的控制過(guò)程及作用，E302溫度調(diào)理模塊是一種應(yīng)用于油田高壓直流式蒸汽鍋爐的干度控制儀，其主要目的是通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)水量或通過(guò)電氣轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)節(jié)火量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)干度值的目的，它由主控模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、熱電阻調(diào)理模塊、E302熱電偶調(diào)理模塊等組成。
現(xiàn)場(chǎng)的中點(diǎn)溫度通過(guò)熱電偶傳感器經(jīng)過(guò)E302溫度調(diào)理模塊將其信號(hào)調(diào)理成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并將此信號(hào)傳輸給模擬量輸入模塊，信號(hào)再以數(shù)據(jù)流方式通過(guò)I/OBUS總線傳輸?shù)街骺刂破鳎瑥亩瓿蓽囟刃盘?hào)測(cè)量，由于E302溫度調(diào)理模塊可通過(guò)跳線設(shè)定四種不同熱電偶輸入范圍，應(yīng)用靈活，測(cè)量精度高，使主控制器對(duì)各溫度輸入量的數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，處理和儲(chǔ)存，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，E302溫度調(diào)理模塊具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、調(diào)試方便、測(cè)溫范圍廣、精度高、傳輸距離遠(yuǎn)、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，并可應(yīng)用于-40℃～70℃的環(huán)境溫度。適用于野外惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于該電路由XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1、差動(dòng)運(yùn)算放大器U2、溫度補(bǔ)償二極管、三極管、調(diào)零電位器、調(diào)滿度電路以及測(cè)量溫度范圍選擇電路組成，其電路的具體連接構(gòu)成如下XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的管腿V+接入電源VCC，管腿I0接入顯示儀器RL，在電源輸入V+和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出I0之間并聯(lián)一個(gè)電容C1，管腿V+端接入三極管Q1的集電極和電源VCC，三極管Q1的基極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿B，三極管的發(fā)射極接X(jué)TR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿E，轉(zhuǎn)換芯片的管腿Ir1通過(guò)電阻R2接到跳線端E、J、K、T，通過(guò)跳線接入并聯(lián)的電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端，同時(shí)轉(zhuǎn)換芯片的管腿Ir1通過(guò)溫度二極管CR1接電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端，電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端通過(guò)電位器Wz接管腿Ir2和熱電偶的負(fù)端，熱電偶的正端接入差動(dòng)運(yùn)算放大器U2正輸入端3腿，其負(fù)輸入端2腿通過(guò)電阻R1與負(fù)輸入端6腿相連，在差動(dòng)放大器U2的負(fù)輸入端2、6腿與輸出端1、7之間各接入一個(gè)反饋電阻Rf1、Rf2，其輸出端1、7分別接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vin+與Vin-管腿，運(yùn)算放大器U2正輸入端5腿接到跳線端E、J、K、T，XTR105轉(zhuǎn)換芯片U1的Vreg管腿接入差動(dòng)運(yùn)放器U2的V+端，為U2提供電源；差動(dòng)運(yùn)放器U2的V-端接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片的Iret管，電阻RE、RJ、RK、RT的非跳線端與調(diào)零電位器Wz的連接點(diǎn)通過(guò)Rcm、C2并聯(lián)組成的阻容濾波器接入XTR105轉(zhuǎn)換芯片的Iret管腿，XTR105轉(zhuǎn)換芯片的兩個(gè)管腿Rg接由四個(gè)電阻RgE、RgJ、RgK、RgT并聯(lián)后再和電位器Wg串聯(lián)組成的調(diào)滿度電路的兩端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于自動(dòng)化控制終端的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路。由XTR105轉(zhuǎn)換芯片、差動(dòng)運(yùn)算放大器、溫度補(bǔ)償二極管、三極管、調(diào)零電位器、調(diào)滿度電路以及測(cè)量溫度范圍選擇電路組成，XTR105轉(zhuǎn)換芯片的管腿V+接電源VCC，管腿I
文檔編號(hào)G01K7/14GK2574030SQ02282270
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者俞凌, 莊貴林 申請(qǐng)人:北京安控科技發(fā)展有限公司