[实用新型]HART协议的热扩散原理流量传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业自动控制领域，适用于流量传感器技术领域，特别是一种HART协议的热扩散原理流量传感器。

背景技术

流量传感器用于流量监控系统中，当流速达到设定的流速阀值时，输出功率开关控制信号，用于启动连锁保护系统；或是通过模拟和数字量直接输出检测信号，由工业控制系统检测并控制。在工业自动化过程控制中，有时为了达到远程监视的要求，流量传感器输出1～5V或4～20mA的模拟信号，但信号的精度较低且传输过程中易受干扰；有些流量传感器采用串口通信的方式传输采集信号，没有模拟量信号的输出。由于模拟现场还保留很多现役模拟设备，受原投资保值的限制，从模拟传感器到全数字智能传感器的更新还需要很长一段时间，在此期间，开发出一种能兼容模拟信号和数字信号的智能流量传感器将具有十分重要的现实意义。

HART(Highway Addressable Remote Transducer)可寻址远程传感器高速通道的开放的通信协议，是美国Rosemout公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信。HART技术在国内外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4～20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输速率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。

发明内容

为提高工业现场模拟信号的精度和传输的可靠性，兼容现役模拟设备，本实用新型提出了一种HART协议的热扩散原理流量传感器，具体技术方案如下：

一种HART协议的热扩散原理流量传感器，包括处理器、流量信号采集单元和通信电路，所述流量信号采集单元的信号输出端连接处理器的信号输入端，处理器的通信接口和通信电路连接，其所述通信电路是HART通信模块。

所述处理器还连接有人机接口电路。

所述流量信号采集单元是流量传感器，流量传感器包括流速感应电阻RF、温度感应电阻RT；温度感应电阻RT连接有基准电压；电阻RT、RF分别连接差动放大器的两输入端，差动放大器输出端经带通滤波器滤波器后，再经A/D转换器连接处理器。

所述外接电源接到DC/DC转换电路，DC/DC转换电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端即为基准电压端；所述放大电路的控制端连接处理器的输出端。

HART通信模块是由HART调制/解调器和D/A转换器为核心电路，辅以相应的外围电路构成。

HART调制/解调器是以HART调制解调器芯片为HT1200M。处理器为MSP430F135，内置12位A/D转换器。所述D/A转换器是AD421。

本实用新型可以通过4～20mA电流信号传递流量变化，而且使用HART协议数字通信的方式可以远程设置仪表参数、中间测量数据、校准参数等信息，以及通过HART通信传输流量变化的数字值。本实用新型既可实现独立控制，又可以作为分体流量传感器，连接现场总线组成集散式控制系统。本实用新型的设计方案使流量传感器的安装、操作、维护、接线更加方便，可靠性得到很大提高。本实用新型的结构框图如图1所示，它包括了流量传感单元、人机接口单元、HART通信单元和微处理器单元。

本实用新型的传感器部分主要完成对流量信号的采集，理论依据为热释原理，热扩散原理的理论公式：V∝Ksqrt(T)、T∝R_T，其中V一流体流速、T—温度、RT热敏电阻由温度引起阻值。

可知，温度sensor阻值和流速是平方正比关系，利用这一原理，设置两个热敏电阻(温度sensor)，用恒压电源供电。由发热体持续发出恒定的热量，管道流速的快慢带走探头内部热量的多寡体现在热敏电阻的变化上，通过特殊电路将该变化转换为可被处理的电压信号，通过比较基准sensor与流量变化sensor电压力变化，经放大滤波处理，检测流量信号。

本实用新型可在不影响流量的条件下按需要进行实时监控，能在恶劣的工件下长期可靠工作，安装时无须考虑安装的位置和介质的流向。本实用新型可对气体、液体等流量进行监控，使用时简单地插入管线或容器中，调节设置点到期望的流速控制点即可，可以通过配接不同的管道直径，来监控不同大小的流量。

附图说明

图1是系统原理框图；

图2是本流量传感器电路原理图；

图3是HART通信模块电路原理图。