Устройство для передачи данных в датчике давления
Полезная модель относится к электронным схемам и может быть использована в измерительной технике, а именно, в измерителях температуры, давления, расхода и т.п. Задача - повышение помехоустойчивости. Устройство включено между выходом сенсора и входом длинной линии. Оно содержит последовательно соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, устройство 2 коррекции характеристик сенсора, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, а также средство связи по протоколу HART в виде последовательно соединенных HART-модема 4 и сумматора 5, а также формирователь 6 токового сигнала, источник 7 опорного напряжения и блок 8 питания. При этом выход формирователя 6 соединен с первым выводом длинной линии, входы источника 7 опорного напряжения соединены соответственно с плюсовой клеммой, входом формирователя 6 токового сигнала и с минусовой клеммой, а выход - со вторым выводом длинной линии связи. Входы HART-модема 4 подключены к длинной линии и к выходу устройства 2 коррекции характеристик сенсора. Выход ЦАП 3 соединен со вторым входом сумматора 5, подключенного выходом ко второму входу формирователя 6 токового сигнала. Выполнение контура управления из узлов, обеспечивающих подготовку сигнала сенсора для передачи в длинную линию путем его последовательного преобразования из цифрового сигнала в токовый, в совокупности с введением в устройство дополнительно источника опорного напряжения, связанного указанным образом с контуром управления, позволяет разделить рабочий сигнал и сигнал питания при использовании HART протокола, повышая тем самым помехоустойчивость устройства, что расширяет эксплуатационные возможности прибора. 1 п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к электронным схемам и может быть использована в измерительной технике, а именно, в измерителях температуры, давления, расхода и т.п..
Речь идет об устройствах в измерительных датчиках, служащих для преобразования снятого с сенсора сигнала в токовый для передачи далее на длинную линию для последующих измерения его и индикации.
Известно устройство преобразования сигнала с сенсора для передачи его в длинную линию, используемое в датчике давления «Метран-100» разработки ЗАО ПГ «Метран» (см. Приложение).
Известное устройство включено между выходом сенсора и входом длинной линии и содержит последовательно соединенные подключенный к выходу сенсора датчика аналого-цифровой преобразователь, устройство коррекции характеристик сенсора, цифро-аналоговый преобразователь и формирователь токового сигнала.
Недостатком известного устройства являются его ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что в нем не предусмотрено использование для связи HART - протокола.
Известно устройство для передачи данных с сенсора в длинную линию, описанное в з. РФ №2005134222 «Трансмиттер с двухпротокольным интерфейсом» по кл. G08С 19/02, з. 26.03.04, оп. 27.07.06 и выбранное в качестве прототипа.
Известное устройство используется при контроле процесса и содержит схему (линию) связи по протоколу HART, выполненную с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу HART связи, а также полного питания датчика электроэнергией, полученной из названного контура управления, пару электрических выводов для соединения схемы связи по протоколу HART с контуром управления.
Недостатком известного устройства является не вполне удовлетворительная помехоустойчивость, обусловленная использованием двухпроводного контура управления, в котором рабочий сигнал и напряжение питания подаются по одной линии связи.
Задачей является повышение помехоустойчивости устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве передачи данных с сенсора в длинную линию в датчике давления, содержащем контур управления, связанный с длинной линией связи по протоколу HART, средство связи по протоколу HART для соединения
с контуром управления процессом, пару электрических выводов для соединения длинной линии связи по протоколу HART с контуром управления, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, контур управления предназначен для преобразования сигнала с сенсора к виду, удобному для передачи в четырехпроводную длинную линию, и содержит последовательно соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, устройство коррекции характеристик сенсора и цифро-аналоговый преобразователь, а также формирователь токового сигнала, выход которого соединен с первым выводом длинной линии связи, и источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым выводом длинной линии связи, а его входы, соединенные с вторым входом формирователя токового сигнала и плюсовым выводом линии питания, являются парой электрических выводов для соединения длинной линии связи с контуром управления по цепи питания, при этом вход аналого-цифрового преобразователя в контуре управления подключен к выходу сенсора давления, причем средство связи по HART протоколу включает в себя последовательно соединенные HART-модем и сумматор, один из входов HART - модема подключен к выходу устройства коррекции, а второй - к длинной линии, второй вход сумматора соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход - к входу формирователя токового сигнала, выход которого и выход источника опорного напряжения образуют вторую пару электрических выводов для сигнала связи.
Выполнение контура управления из узлов, обеспечивающих подготовку сигнала сенсора для передачи в длинную линию путем его последовательного преобразования из цифрового сигнала в токовый, в совокупности с введением в устройство дополнительно источника опорного напряжения, связанного указанным образом с контуром управления, выполнение средства связи по HART протоколу в виде последовательно соединенных HART-модема и сумматора, включенных между устройством коррекции и формирователем токового сигнала таким образом, что сигнал смешивается с HART и образует отдельную пару выводов для сигнала связи, позволяет разделить рабочий сигнал и сигнал питания при использовании HART протокола, повышая тем самым помехоустойчивость устройства и расширяя эксплуатационные возможности прибора.
Технический результат - разделение каналов передачи данных и подачи напряжения питания для повышения помехоустойчивости устройства при сохранении функциональных возможностей измерительного датчика при использовании HART-протокола.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство обладает новизной, отличаясь такими существенными признаками как выполнение контура управления из узлов, обеспечивающих подготовку сигнала сенсора для передачи в длинную линию путем его последовательного преобразования из цифрового сигнала в токовый, наличие в устройстве
дополнительного источника опорного напряжения, выход которого соединен со вторым выводом длинной линии связи, а его входы - со вторым входом формирователя токового сигнала и плюсовым выводом линии питания, выполнение средства связи по HART протоколу в виде последовательно соединенных HART-модема и сумматора, включенных между устройством коррекции и формирователем токового сигнала, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемое устройство может найти широкое применение в измерительной технике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.
Устройство включено между выходом сенсора и входом длинной линии. Оно содержит последовательно соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, устройство 2 коррекции характеристик сенсора, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, а также средство связи по протоколу HART в виде последовательно соединенных HART-модема 4 и сумматора 5, а также формирователь 6 токового сигнала, источник 7 опорного напряжения и блок 8 питания. При этом выход формирователя 6 соединен с первым выводом длинной линии, входы источника 7 опорного напряжения соединены соответственно с плюсовой клеммой, входом формирователя 6 токового сигнала и с минусовой клеммой, а выход - со вторым выводом длинной линии связи. Входы HART-модема 4 подключены к длинной линии и к выходу устройства 2 коррекции характеристик сенсора. Выход ЦАП 3 соединен со вторым входом сумматора 5, подключенного выходом ко второму входу формирователя 6 токового сигнала.
Назначение и выполнение узлов устройства следующее.
АЦП 1 служит для преобразования аналогового сигнала с сенсора (на чертежах не показан) в цифровой сигнал и может быть выполнен, в частности, на микросхеме TITAN или AD7705.
Устройство 2 коррекции характеристик сенсора предназначено для устранения нелинейности и компенсации температурной погрешности сенсора давления, а так же для обработки цифровой информации, поступающей из линии связи в соответствии с протоколом HART, и выполнено на микропроцессоре.
ЦАП 3 предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый и может быть выполнен, например, на микросхеме MODAC3 или AD7390.
HART-модем 4 предназначен для выделения HART-сигнала, поступающего из длинной линии, демодуляции его в цифровой интерфейс в соответствии с программой микропроцессора и формирования HART-сигнала для передачи в длинную линию и может быть
выполнен на микросхеме НТ2015 или, совместно с ЦАП и сумматором, на микросхеме MODAC3.
Сумматор 5 предназначен для суммирования сигнала с выхода HART-модема 4 с выходным напряжением ЦАП и может быть выполнен на резисторах или, совместно с ЦАП, на микросхеме MODAC3.
Формирователь 6 токового сигнала предназначен для получения токового сигнала, учитывающего HART протокол, для передачи его в длинную линию и может быть выполнен, например, на операционном усилителе TLV2451 и транзисторах ВС846 и ВСР53-16.
Источник 7 опорного напряжения может быть выполнен, например, на стабилитроне BZX84C3V3.
Блок 8 питания обеспечивает работоспособность всех узлов устройства.
Устройство работает следующим образом.
Аналоговый сигнал с сенсора (на чертеже не показан) поступает на АЦП 1, где преобразуется в цифровой сигнал. Далее этот сигнал подается на устройство 2 коррекции характеристик сенсора, где происходит устранение нелинейности и компенсация температурных погрешностей сенсора давления. Откорректированный сигнал с выхода устройство 2 коррекции характеристик сенсора поступает на ЦАП 3, где преобразуется в аналоговый вид и поступает через сумматор 5 на формирователь 6 токового сигнала.
Одновременно, HART-сигнал из длинной линии поступает через HART-модем 4 на устройство 2 коррекции характеристик сенсора, где выполняется обработка полученного сообщения и формируется ответное сообщение, которое модулируется в HART-модеме 4 в соответствии с HART-спецификацией и передается через сумматор 5 и формирователь 6 токового сигнала в длинную линию, при этом наличие источника 7 опорного напряжения обеспечивает передачу отрицательной полуволны HART-сигнала.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство является более помехоустойчивым.
Устройство для передачи данных в датчике давления, содержащее контур управления, связанный с длинной линией связи по протоколу HART, средство связи по протоколу HART для соединения с контуром управления процессом, пару электрических выводов для соединения длинной линии связи по протоколу HART с контуром управления, отличающееся тем, что контур управления предназначен для преобразования сигнала с сенсора к виду, удобному для передачи в четырехпроводную длинную линию, и содержит последовательно соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, устройство коррекции характеристик сенсора и цифроаналоговый преобразователь, а также формирователь токового сигнала, выход которого соединен с первым выводом длинной линии связи, и источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым выводом длинной линии связи, а его входы, соединенные со вторым входом формирователя токового сигнала и плюсовым выводом линии питания, являются парой электрических выводов для соединения длинной линии связи с контуром управления по цепи питания, при этом вход аналого-цифрового преобразователя в контуре управления подключен к выходу сенсора давления, средство связи по HART протоколу включает в себя последовательно соединенные HART-модем и сумматор, один из входов HART-модема подключен к выходу устройства коррекции, а второй - к длинной линии, второй вход сумматора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - к входу формирователя токового сигнала, выход которого и выход источника опорного напряжения образуют вторую пару электрических выводов для сигнала связи.
