智能温度变送器实例

由于智能温度变送器具有许多突出的优点，因而发展十分迅速，产品种类也很多。下面 仅以SMART公司的TO02温度变送器为例进行介绍。

1. 概述

TT302温度变送器是一种符合现场总线基金会（fieldbus foundation, FF)通信协议的现 场总线智能仪表，它可以与各种热电阻或热电偶配合使用测量温度，也可以和其他具有电阻 或毫伏（mV)输出的传感器配合使用以测量其他物理参数，具有量程范围宽、精度高、受环境温度和振动影响小、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点。

TT302温度变送器还具有控制功能，其软件系统提供了多种与控制功能有关的功能模 块，用户可通过组态实现所要求的控制策略，体现了现场控制的特点。

2. 硬件构成

TT302温度变送器的硬件构成原理框图如图2-28所示。

在结构上，它由输入模板、主电路模板和显示器三部分组成。

(1)输入模板输入模板由多路转换器（MUX)、信号调理电路、A/D转换器和隔离部分组成。其中，多路转换器根据输入信号的类型，将相应信号送入信号调理电路，由信号 调理电路进行放大，再由A/D转换器将其转换为相应的数字量；隔离部分又有信号隔离和 电源隔离：信号隔离采用光电隔离，用于A/D转换器与CPU之间的信号隔离；电源隔离采 用高频变压器隔离，即将供电直流电源先调制成高频交流，通过高频变压器后经整流、滤波转换成直流电压，为输入模板电路提供电源。隔离的目的是消除干扰对系统工作的影响。

输入模板上的环境温度传感器用于热电偶的冷端温度补偿。

(2) 主电路模板（简称主板）主板由微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整和电源等组成，它是变送器的核心部件。

微处理器系统由CPU和存储器组成。CPU负责控制与协调整个仪表各部分的工作，包括数据传送、运算、通信等；存储器用于存放系统程序、运算数据、组态参数等。

通信控制器和信号整形电路、CPU共同完成数据通信任务。

本机调整用于变送器就地组态和调整。

电源部分将供电电压转换为变送器内部各芯片所需电压，为各芯片供电；供电电压与输出信号共用通信电缆，与二线制模拟式变送器类似。

(3) 显示器显示器为液晶式微功耗数字显示器，可显示四位半数字和五位字母。

3.软件构成

TT302温度变送器的软件分为系统程序和功能模块两大部分。系统程序使变送器各硬件 电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各部分之间的管理；功能模块提供了各种功能，用户可以通过选择以实现所需要的功能。

TT302等智能式温度变送器还有其他许多功能。例如，用户可以通过上位机或挂接在现场总线通信电缆上的手持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块；对于带有液晶显示的变送器，也可以用编程工具对其进行本地调整等。

压力的检测与变送

压力是生产过程控制中的重要参数。许多生产过程（尤其是化工、炼油等生产过程） 都是在一定的压力条件下进行的。例如，高压容器的压力不能超过规定值；某些减压装置则 要求在低于大气压的真空下进行；在某些生产过程中，压力的大小还直接影响产品的产量与质量。此外，压力检测的意义还在于，其他一些过程参数如温度、流量、液位等往往要通过 压力来间接测量。所以压力的检测在生产过程自动化中具有特殊的地位。

1.1压力的概念及其检测

1.压力的概念

所谓压力是指垂直作用于单位面积上的力，用符号P表示。在单位制中，压力的 单位是帕斯卡（简称帕，用符号Pa表示，1Pa =1N/m2)，它也是我国压力的法定计量单位。 目前在工程上，其他一些压力单位还在使用，如工程大气压、标准大气压、毫米汞柱、毫米水柱等，它们之间的换算关系见表2-4。

由于参考点不同，在工程上又将压力表示为如下几种：

(1) 差压（又称压差，记为Ap)差压是指两个压力之间的相对差值。

(2) 压力（记为pabs）压力是指相对于真空所测得的压力，如大气压力 (记为patm)就是环境压力。

(3) 表压（记为pa)表压是指压力与当地大气压力之差。

(4) 负压（又称真空度，记为Pv)负压是指当压力小于大气压力之时，大气压力与压力之差。

各种压力之间的关系如图2-29所示。 

通常情况下，各种工艺设备和检测仪表均处于大气压力之下，因此工程上经常用表压和 真空度来表示压力的大小，一般压力仪表所指 示的压力即为表压或真空度。

2.弹性式测压元件及其原理 

在现代工业生产过程中，由于被测压力的 范围很宽，测量的条件与精度要求各异，因而 测压元件的种类也很多，按其转换原理不同， 可分为基于弹性变形的弹性式测压元件、基于静力学原理的液柱式测压元件、基于液压传递的活塞式测压元件和基于压电转换原理的电气 式测压元件等。由于基于弹性变形的测压元件在工业生产应用中占有重要地位，为此进行重点介绍。

工业上zui常用的弹性式测压 元件有弹簧管、波纹管、弹性膜 片（膜盒）等，如图2-30所示。

(1)弹簧管弹簧管是由 法国人波登发明的，所以又称波 登管。它是一种弯成圆弧形的空 心金属管子，其横截面是扁圆形 或椭圆形的。它的固定端开口、 自由端封闭，如图2-30a所示。

当被测压力从固定端输入后，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势，使自由端产生位移。由于输人压力P与弹簧管自由端的位移成正比，所以只要测出自由 端的位移量就能够反映压力P的大小，这就是弹簧管的测压原理。有时为了使自由端有较大 的位移，常采用多圈弹簧管，即将弹簧管制成盘形或螺旋形，其工作原理与单圈弹簧管相同。

若在弹簧管自由端装上指针，配上传动机构和压力刻度，即可制成就地指示式压力表； 若通过适当的转换元件将自由端位移变成电信号，即可进行远距离输送。所以弹簧管是目前 工业上用得zui多的弹性式测压元件之一。

(2) 波纹管波纹管是一种轴对称的波纹状薄壁金属筒体，当它受到轴向压力作用时 能使自由端产生较大的伸长或收缩位移，如图2-30b所示。若将它和弹簧组合使用，可以获 得较好的线性度，如图2-31所示。

(3) 膜片与膜盒膜片是一种沿外缘固定的片状圆形薄板或薄膜，如图2-30c所示，若 将两块膜片沿周边固定、两膜片之间充以液体（如硅油），就构成膜盒。膜盒的具体结构如 图2-32所示。

图中，两个金属膜片分别位于膜盒的两个测量室内，由硬芯将它们连接在一起；当被测压力P1、P2分别引人两测量室时，根据差压的正负，膜片作相应移动，并通过硬芯输出位移或力；硅油的作用一是传递压力，二是对膜片起过载保护作用；密封垫圈可阻止硅油继续流动，以保证膜片受单向压力时不致损坏。

上述各种弹性式测量元件输出的位移或力必须经过变送器才能变为标准统一电信号。目 前使用较为广泛的电动模拟式压力变送器有力矩平衡式差压变送器和电容式差压变送器；为适应现场总线控制的要求，智能式差压变送器也得到了迅速发展。