[实用新型]通用差动传感器信号隔离转换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器信号测量装置，尤其涉及过程控制用变送器的差动传感器信号隔离转换装置。

背景技术

目前，变送器在过程控制领域中得到越来越广泛的应用，作为一次测量仪表，其测量精度、稳定性和可靠性不容忽视。传感器作为变送器中重要的组成部分，其性能的好坏直接影响变送器的测量精度和稳定性。随着微电子技术和精密加工技术的发展，新型传感器其本身在精度和稳定性方面有了明显的提高，但是，作为过程控制用的仪表，变送器的工作环境场所通常比较恶劣，外界环境如电磁辐射、静电、浪涌等对其干扰影响很大，而且部分变送器的传感器(如金属电容传感器)的电极还直接与大地相连，这样，干扰信号很容易串到变送器内部对其测量造成影响，因此，变送器的精度和稳定性不只是靠高精度的传感器就能保证，而且还需要在软硬件及结构的设计上综合考虑干扰因素，才能使变送器的整体性能得到有效的改善。通常，解决外界干扰的有效方法是在电路中增加滤波或隔离电路，如中国实用新型专利ZL02257164.7介绍了一种金属电容差动传感器的隔离电路，其基本思路是，当被测量作用在差动传感器上时，引起传感器的电容值发生变化，在电路上利用两组受控的分时充放电电路对金属电容传感器的两个电容(电容的变化与压力的变化成正比)充放电，用参考电压和比较器控制电容的充放电时间，该时间与电容的变化量成正比，然后通过合成电路输出一个随充放电时间变化的频率信号，该信号再通过变压器隔离输出给后续电路采集，由采集电路测量频率信号来计算传感器所测得的被测量的数值。该电路较好的解决了传感器信号的隔离问题，但是充放电电路复杂，采集的频率信号容易受到干扰而影响到测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前变送器因传感器容易受到外界干扰而影响到变送器测量的精度和可靠性，并针对上述隔离电路的不足，提供一种电路结构相对简单和容易实现的通用差动传感器信号隔离转换装置，其输出的模拟信号很容易被高精度的A/D转换器采集使用，能很好地实现传感器信号的隔离传输，提高变送器的抗干扰能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下的技术方案：设计一种用于变送器的通用差动传感器信号隔离转换装置，包括依次连接的差动传感器、脉宽调制充放电控制电路、前级信号整形电路、隔离变压器、迟滞整形输出电路以及低通滤波输出电路，同时还具有用于向差动传感器、脉宽调制充放电控制电路和前级信号整形电路供电的隔离电源电路。

所述脉宽调制充放电控制电路由双稳态触发器和电压比较器组成，其分时控制差动传感器的充放电波形的宽度，该波形的宽度与传感器的变化量成正比。所述双稳态触发器可以为RS触发器、JK触发器或者D触发器等；所述RS触发器可以由与非门电路或者或非门电路组成。

所述隔离电源电路由外部电源和驱动激励信号输入端、隔离变压器和整流输出电路组成单端它激反激式隔离电源，该整流输出电路为LDO稳压电路。

所述前级信号整形电路由斯密特反相器构成，它将充放电电压的波型整型形成前后沿陡直的方波信号，以利于微分变压器隔离传输。

所述与前级信号整形电路连接的隔离变压器优选为微分隔离变压器。

所述迟滞整形输出电路由斯密特反相器和迟滞回差电压组成，它将隔离变压器隔离的信号整形并恢复为前级电路形成的方波信号，该方波信号的占空比与被测量的变化量成正比，方波信号经过低通滤波后直接输出一个随被测量变化的模拟信号，该模拟信号可以很容易的被外部电路处理采集使用。

本实用新型的信号隔离转换装置通过器件的简单变换适合多种差动传感器场合使用，例如差动电容传感器、差动电阻传感器或者差动电感传感器等。

根据实际使用需要，所述由前级信号整形电路、隔离变压器、迟滞整形输出电路和低通滤波输出电路连接而成的线路可以为一组，也可以为两组，两组的效果更好。

与现有技术相比较，本实用新型的差动传感器信号隔离转换装置由于采用通用的脉宽调制电路，使电路结构简单和容易实现，采用微分变压器和迟滞整形技术，使测量和隔离的方波信号频率范围更宽，功耗低，使用可靠，大大提高变送器的测量精度和稳定性。实践证明，本实用新型输出的模拟信号可以很容易的被外部电路处理及高精度的A/D转换器采集使用，很好的实现了传感器信号的隔离传输，提高了变送器的抗干扰能力。

附图说明

图1是本实用新型通用差动传感器信号隔离转换装置的原理方框图；

图2是本实用新型通用差动传感器信号隔离转换装置的电原理图。

具体实施方式