二线制变送器和压力仪表制造技术

本申请涉及二线制变送器和压力仪表。所述二线制变送器包括数模转换芯片(1)、微处理器单元(2)和检测电路(4)，其中，微处理器单元具有比较机构，所述比较机构能够执行检测信号与理论值之间的比较运算；微处理器单元与所述数模转换芯片的数模转换部和状态监控部控制连接，并依据比较机构之比较运算结果，使所述数模转换部维持数模转换芯片的电流输出，或者更改数模转换芯片的电流输出为报警电流输出。依此，本实用新型专利技术提出的二线制变送器具备更高的安全性和稳定性。安全性和稳定性。安全性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
二线制变送器和压力仪表


[0001]本技术涉及工业仪表领域，具体涉及一种二线制变送器和一种具有该二线制变送器的测量仪表，尤其是压力仪表。

技术介绍

[0002]工业上普遍需要测量各类电物理量与非电物理量，例如电流、电压、功率、频率、温度、重量、位置、压力、转速、角度等，都需要将其转换成可接收的直流模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将被测物理量转换成可传输直流电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的标准模拟量电信号是4～20mA直流电流，用来传输模拟量，也就是说，变送器将物理量转换成4～20mA电流输出。一种典型的变送器仅需要两根导线，即二线制变送器。
[0003]在工业应用中，功能安全产品的设计需符合GB/T 20438:2017标准。对于功能安全仪表，除了安全功能需要达到安全完整性等级要求所规定的平均危险失效概率(PFDavg)和(或)每小时危险失效概率(PFH)外，实现安全功能的硬件结构还必须达到安全失效分数SFF确定的安全完整性等级的结构约束要求。
[0004]对于二线制仪表，如压力仪表，从信号传输角度和实现压力变送的硬件构成角度，可以分为三个功能模块：信号采集部分(传感器输入、信号放大、AD转换)、CPU处理(温度补偿、线性化运算、电流计算)、电流输出部分，它们按可靠性理论构成串联模型。
[0005]根据仪表功能安全理论，智能变送器所用组件属于B类(Type B)安全相关组件，应达到安全完整性等级(如SIL 2)要求的结构约束条件，在硬件故障裕度为0(HFT＝0)时，要求安全失效分数(SFF)大于90％。这就需要增加诊断措施，对每个功能模块进行诊断，并确定对功能模块可能故障的诊断覆盖率(DC)需要达到中等诊断覆盖率(DC＝90％)，且在诊断出功能模块故障时采取必要的安全措施，如输出报警电流等。
[0006]然而，在此类二线制变送器或测量仪表中，单单依赖于目前现有的集成芯片产品(例如AD421、AD5421等)，尚无法或难以符合上述的功能安全等级(SIL2)要求。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于，提出一种二线制变送器，能够合理、经济地实现并完善系统的诊断功能和安全措施(如报警)，以满足相应的功能安全等级要求。
[0008]根据本申请的第一方面，提供一种二线制变送器，其包括：
[0009]数模转换芯片，该数模转换芯片配有数模转换部，所述数模转换部具有用以接收数字电流信号的电流输入端和用以输出模拟电流信号的电流输出端；
[0010]微处理器单元，该微处理器单元具有驱动信号输出端和回读信号输入端，所述驱动信号输出端与所述数模转换芯片的电流输入端相连，用以向所述数模转换芯片输出数字电流信号；
[0011]检测电路，该检测电路设置在所述数模转换芯片的电流输出端与所述微处理器单
元的回读信号输入端之间，能够产生与所述数模转换芯片输出的模拟电流信号存在固定比例关系的模拟检测信号；
[0012]其中，所述微处理器单元具有比较机构，所述比较机构能够读取由所述模拟检测信号转换得到的数字检测信号，并且能够执行该数字检测信号与理论值之间的比较运算；所述微处理器单元与所述数模转换芯片的数模转换部控制连接，并依据比较机构之比较运算结果，使所述数模转换部维持数模转换芯片的电流输出，或者更改数模转换芯片的电流输出为报警电流输出。
[0013]本技术的基本思想在于，微处理器单元将要输出的电流值(“电流理论值”)转换为与数模转换芯片(如下文所述，该数模转换芯片可以是市场上现成的AD5421)相匹配的数字电流信号(DA码)，并经数模转换芯片输出电流(“电流实际值”)后，检测电路可以形成表征此“电流实际值”的“电流回读信号”，在微处理器单元中可以对“电流理论值”和“电流回读信号”进行比较，并当比较异常时，更改电流为报警电流，从而能够实现达到符合功能安全性要求所需要的对输出电流的检测。
[0014]有益的是，所述检测电路包括在所述数模转换芯片电流输出端串联的测量电阻和连接于该测量电阻两端的差分电路。也就是说，在此可采用一种差分输入和(有利于模数转换的)电平转换输出电路。
[0015]按照一种具体的实施形式，所述差分电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和电源，其中，第一电阻和第三电阻连接在测量电阻的一端和电源之间，第二电阻和第四电阻连接在测量电阻的另一端和电源之间，该差分电路能够取样输出第一电阻与第三电阻之间节点相对于第二电阻与第四电阻之间节点的电压差，作为所述模拟检测信号。
[0016]可以设想，作为替代设计方案，所述差分电路也可是仪表放大器，实现差分输入和电平转换，以获得表征输出电流的回读信号。
[0017]依据本技术，为了执行比较机构的比较运算，需要将检测电路所产生的模拟检测信号转换为数字检测信号。相应的模数转换器在其构造上可以是配置于检测电路的部件，也可以是集成于微处理器单元的部件。
[0018]于是，按照一种实施形式，所述检测电路配置有模数转换器，该模数转换器将所述模拟检测信号转换为数字检测信号，该模数转换器的输出端连接于所述微处理器单元的回读信号输入端并由此将数字检测信号馈送至所述比较机构。
[0019]或者，按照另一种实施形式，所述微处理器单元内置有模数转换器，该模数转换器经由所述微处理器单元的回读信号输入端接收所述模拟检测信号，并将所述模拟检测信号转换为数字检测信号，该模数转换器在其输出端将数字检测信号馈送至所述比较机构。
[0020]按照一种实施形式，所述数模转换芯片还配有状态监控部，所述微处理器单元同时与所述数模转换芯片的数模转换部和状态监控部控制连接。
[0021]所述数模转换芯片的状态监控部可以包括能够触发数模转换芯片输出报警电流的看门狗装置。该看门狗装置执行监控功能，若微处理器单元未在规定的时间内输出电流，将触发数模转换部输出报警电流。
[0022]所述数模转换芯片也可以执行由微处理器单元发出的特殊命令，使数模转换部输出报警电流。
[0023]由此，输出报警电流的方式有三种：
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以与输出常规电流相同的方式，输出报警电流；
[0025]‑
优选采取基于特殊命令的方式，输出报警电流，此方式更为快捷；
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更优选地，可同时使用数模转换芯片的状态监控部的看门狗监控功能，当微处理器本身失效和微处理器与数模转换部之间发生了连线断路时，仍可保证使数模转换部输出报警电流。
[0027]优选的是，所述数模转换芯片为环路供电型数模转换器AD5421，用于在电流输出端输出4
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20mA的电流。
[0028]特别有益的是，根据本技术，还可提供适宜的报警方向选择功能。依此，所述二线制变送器可包括报警选择电路，该报警选择电路与AD5421的ALARM
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CURRENT
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DIRECTION端相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二线制变送器，其特征在于，所述二线制变送器包括：数模转换芯片(1)，该数模转换芯片配有数模转换部(1A)，所述数模转换部具有用以接收数字电流信号的电流输入端和用以输出模拟电流信号的电流输出端；微处理器单元(2)，该微处理器单元具有驱动信号输出端和回读信号输入端，所述驱动信号输出端与所述数模转换芯片(1)的电流输入端相连，用以向所述数模转换芯片输出数字电流信号；检测电路(4)，该检测电路设置在所述数模转换芯片(1)的电流输出端与所述微处理器单元(2)的回读信号输入端之间，能够产生与所述数模转换芯片(1)输出的模拟电流信号存在固定比例关系的模拟检测信号；其中，所述微处理器单元(2)具有比较机构，所述比较机构能够读取由所述模拟检测信号转换得到的数字检测信号，并且能够执行该数字检测信号与理论值之间的比较运算；所述微处理器单元(2)与所述数模转换芯片(1)的数模转换部(1A)控制连接，并依据比较机构之比较运算结果，使所述数模转换部(1A)维持数模转换芯片的电流输出，或者更改数模转换芯片的电流输出为报警电流输出。2.根据权利要求1所述的二线制变送器，其特征在于，所述检测电路(4)包括在所述数模转换芯片(1)电流输出端串联的测量电阻(R59)和连接于该测量电阻两端的差分电路。3.根据权利要求2所述的二线制变送器，其特征在于，所述差分电路包括第一电阻(R61)、第二电阻(R62)、第三电阻(R66)、第四电阻(R67)和电源，其中，第一电阻和第三电阻连接在测量电阻(R59)的一端和电源之间，第二电阻和第四电阻连接在测量电阻(R59)的另一端和电源之间，该差分电路能够取样输出第一电阻与第三电阻之间节点相对于第二电阻与第四电阻之间节点的电压差，作为所述模拟检测信号。4.根据权利要求1所述的二线制变送器，其特征在于，所述检测电路(4)配置有模数转换器(5)，该模数转换器将所述模拟检测信号转换为数字检测信号，该模数转换器的输出端连接于所述微处理器单元的回读信号输入端并由此将数字检测信号馈送至所述比较机构。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：高升，李程生，杨雪莹，李俊毅，
申请(专利权)人：上海洛丁森工业自动化设备有限公司，
类型：新型
国别省市：