[實用新型]HART協議的熱擴散原理流量傳感器

無效

• 申請號: 200920236079.2
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN201514244U
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 陳柏志
• 申請（專利權）人: 伊瑪精密電子(蘇州)有限公司
• 主分類號: G01F1/68
• 分類號: G01F1/68;G01F1/69;G01F15/06;G01F25/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

技術領域

本實用新型涉及工業自動控制領域，適用于流量傳感器技術領域，特別是一種HART協議的熱擴散原理流量傳感器。

背景技術

流量傳感器用于流量監控系統中，當流速達到設定的流速閥值時，輸出功率開關控制信號，用于啟動連鎖保護系統；或是通過模擬和數字量直接輸出檢測信號，由工業控制系統檢測并控制。在工業自動化過程控制中，有時為了達到遠程監視的要求，流量傳感器輸出1～5V或4～20mA的模擬信號，但信號的精度較低且傳輸過程中易受干擾；有些流量傳感器采用串口通信的方式傳輸采集信號，沒有模擬量信號的輸出。由于模擬現場還保留很多現役模擬設備，受原投資保值的限制，從模擬傳感器到全數字智能傳感器的更新還需要很長一段時間，在此期間，開發出一種能兼容模擬信號和數字信號的智能流量傳感器將具有十分重要的現實意義。

HART(Highway?Addressable?Remote?Transducer)可尋址遠程傳感器高速通道的開放的通信協議，是美國Rosemout公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信。HART技術在國內外已經十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業標準。HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸速率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。

發明內容

為提高工業現場模擬信號的精度和傳輸的可靠性，兼容現役模擬設備，本實用新型提出了一種HART協議的熱擴散原理流量傳感器，具體技術方案如下：

一種HART協議的熱擴散原理流量傳感器，包括處理器、流量信號采集單元和通信電路，所述流量信號采集單元的信號輸出端連接處理器的信號輸入端，處理器的通信接口和通信電路連接，其所述通信電路是HART通信模塊。

所述處理器還連接有人機接口電路。

所述流量信號采集單元是流量傳感器，流量傳感器包括流速感應電阻RF、溫度感應電阻RT；溫度感應電阻RT連接有基準電壓；電阻RT、RF分別連接差動放大器的兩輸入端，差動放大器輸出端經帶通濾波器濾波器后，再經A/D轉換器連接處理器。

所述外接電源接到DC/DC轉換電路，DC/DC轉換電路的輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端即為基準電壓端；所述放大電路的控制端連接處理器的輸出端。

HART通信模塊是由HART調制/解調器和D/A轉換器為核心電路，輔以相應的外圍電路構成。

HART調制/解調器是以HART調制解調器芯片為HT1200M。處理器為MSP430F135，內置12位A/D轉換器。所述D/A轉換器是AD421。

本實用新型可以通過4～20mA電流信號傳遞流量變化，而且使用HART協議數字通信的方式可以遠程設置儀表參數、中間測量數據、校準參數等信息，以及通過HART通信傳輸流量變化的數字值。本實用新型既可實現獨立控制，又可以作為分體流量傳感器，連接現場總線組成集散式控制系統。本實用新型的設計方案使流量傳感器的安裝、操作、維護、接線更加方便，可靠性得到很大提高。本實用新型的結構框圖如圖1所示，它包括了流量傳感單元、人機接口單元、HART通信單元和微處理器單元。

本實用新型的傳感器部分主要完成對流量信號的采集，理論依據為熱釋原理，熱擴散原理的理論公式：V∝Ksqrt(T)、T∝R_T，其中V一流體流速、T—溫度、RT熱敏電阻由溫度引起阻值。

可知，溫度sensor阻值和流速是平方正比關系，利用這一原理，設置兩個熱敏電阻(溫度sensor)，用恒壓電源供電。由發熱體持續發出恒定的熱量，管道流速的快慢帶走探頭內部熱量的多寡體現在熱敏電阻的變化上，通過特殊電路將該變化轉換為可被處理的電壓信號，通過比較基準sensor與流量變化sensor電壓力變化，經放大濾波處理，檢測流量信號。

本實用新型可在不影響流量的條件下按需要進行實時監控，能在惡劣的工件下長期可靠工作，安裝時無須考慮安裝的位置和介質的流向。本實用新型可對氣體、液體等流量進行監控，使用時簡單地插入管線或容器中，調節設置點到期望的流速控制點即可，可以通過配接不同的管道直徑，來監控不同大小的流量。

附圖說明

圖1是系統原理框圖；

圖2是本流量傳感器電路原理圖；

圖3是HART通信模塊電路原理圖。