一種三線制壓力變送器，屬于壓力測量技術領域。

背景技術：

目前，在工業(yè)應用中壓力變送器是一種常見的壓力檢測儀表。在現有技術的壓力變送器一般為二線制壓力變送器，即供電電壓輸入端以及變送電流輸出端共用兩條導線。也有一部分為四線制壓力變送器，即供電電壓輸入端以及變送電流輸出端分別各自使用兩條導線。

但在實際應用時，仍有一部分PLC設備具有傳統(tǒng)的三線制輸入，而這二線制和四線制的壓力變送器都不能滿足三線制PLC設備的需要。部分壓力變送器由于采用模擬電路的分立元件搭成即便能滿足三線制4~20mA輸出需求，但其成本高，精度低，而且生產調試復雜，需要不停的更換整線路上的零位、滿度電阻值來滿足4~20mA電流輸出要求，這種4~20mA電路極大的浪費了人力、財力，而且線路板的可維護性極差。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，性能可靠，尤其適用于具有三線制要求的PLC使用的三線制壓力變送器。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：該三線制壓力變送器，包括壓力傳感器，其特征在于：壓力傳感器的輸出端連接儀表放大模塊的輸入端，儀表放大模塊的輸出端連接A/D轉換模塊的輸入端，A/D轉換模塊的輸出端連接CPU模塊的輸入端，CPU模塊的輸出端連接D/A轉換模塊的輸入端，D/A轉換模塊的輸出端連接V/I轉換模塊的輸入端，V/I轉換模塊的輸出端為變送輸出端；還設置有為壓力傳感器、儀表放大器模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、V/I轉換模塊以及CPU模塊進行供電的供電單元。

優(yōu)選的，在所述的儀表放大器模塊的參考電壓輸入端連接有電壓跟隨模塊。

優(yōu)選的，所述的電壓跟隨模塊為集成運算放大器U4以及電阻R8~R9組成的電源跟隨器電路，其中供電電源串聯電阻R8之后同時并聯電阻R9的一端以及集成運算放大器芯片U4的同相輸入端，集成運算放大器芯片U4反相輸入端以及輸出端同時連接所述的儀表放大器模塊的參考電壓輸入端。

優(yōu)選的，所述的供電單元包括外部電源、電源轉換模塊以及為所述的壓力傳感器供電的恒流源模塊，外部電源接入電源轉換模塊的輸入端，電源轉換模塊的輸出端同時與恒流源模塊以及所述的儀表放大器模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、CPU模塊的供電輸入端連接；外部電源與V/I轉換模塊的供電輸入端連接。

優(yōu)選的，設置有與所述的CPU模塊的輸入端連接的按鍵處理模塊，所述的供電單元接入按鍵處理模塊。

優(yōu)選的，設置有用于顯示的LED單元，所述的CPU模塊的輸出端連接LED單元內的LED驅動模塊。

與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果是：

1、本實用新型的三線制壓力變送器，具有結構簡單，性能可靠，精度高的優(yōu)點，尤其適用于具有三線制要求的PLC使用。

2、CPU模塊采用微芯公司的PIC系列單片機，體積小、耗能低、而且價格低廉，降低了設計成本。

3、V/I轉換模塊將D/A轉換模塊輸出的壓力信號轉換成三線制4～20mA/DC工業(yè)信號，供后續(xù)的三線制PLC設備使用，從而完成工業(yè)過程壓力自動化控制。

4、通過設置按鍵處理模塊，在生產過程中只需簡單的幾步操作就可完成參數設置和線性校準，操作方便。

4、在儀表放大模塊的參考電壓輸入端連接了電壓跟隨器模塊輸出的電壓，避免了有的壓力傳感器在零位輸出微小的負信號，而儀表放大模塊又不能放大負信號，導致此負信號丟失或失真，造成在此負信號壓力下輸出的電壓不準的現象，新增的電壓跟隨器電路，其輸出的電壓直接連接儀表放大模塊的參考電壓輸入端，相當于提高了參考電壓的值，通過此操作可以將壓力傳感器零位輸出的負信號轉換為正信號，進而可以進行正常的放大及A/D轉換操作，從而提高了整個線路板的測量精度。

附圖說明

圖1為三線制壓力變送器原理方框圖。

圖2為三線制壓力變送器電路原理圖。

具體實施方式

圖1~2是本實用新型的最佳實施例，下面結合附圖1~2對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，一種三線制壓力變送器，包括：CPU模塊，壓力傳感器、儀表放大模塊、恒流源模塊、電壓跟隨模塊、A/D轉換模塊，按鍵處理模塊、LED驅動模塊、電源轉換模塊、D/A轉換模塊以及V/I轉換模塊。

壓力傳感器的輸出端與儀表放大模塊的輸入端相連，儀表放大模塊的輸出端與A/D轉換模塊的輸入端相連，A/D轉換模塊的輸出端連接CPU模塊的信號輸入端，按鍵處理模塊的輸出端同時與CPU模塊的信號輸入端相連。CPU模塊的信號輸出端同時與LED驅動模塊和D/A轉換模塊的輸入端相連，D/A轉換模塊的輸出端同時與V/I轉換模塊的輸入端相連，V/I轉換模塊的輸出端輸出4~20mA電流信號，上述的壓力傳感器通過恒流源模塊輸出的恒流源信號驅動工作，在上述的儀表放大器的電壓參考端還連接有電壓跟隨模塊。

還設置有與上述恒流源模塊、電壓跟隨模塊、LED驅動模塊、儀表放大模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、按鍵處理模塊以及CPU模塊的電源輸入端相連的電源轉換模塊，通過電源轉換模塊為上述的各模塊提供工作所需的電壓。接入電源轉換模塊輸入端的輸入電源為外部接入的24V直流電源，在本三線制壓力變送器中，直接將PLC輸出端提供的24V直流電源引入作為外接電源，PLC直流電源同時為V/I轉換模塊提供工作電源。

壓力傳感器在恒流源模塊的驅動下工作，并將感受到的壓力信號轉換為毫伏級的電壓信號送入儀表放大模塊中進行放大，并將放大后的信號送入A/D轉換模塊進行模數轉換，并由A/D轉換模塊將轉換得到的數字信號送入CPU模塊內。CPU模塊接收到A/D轉換模塊送入的數據之后進行處理，通過LED驅動模塊驅動LED進行顯示，同時將處理后的數據送入D/A轉換模塊內進行數模轉換，經D/A轉換模塊轉換得到的模擬信號送入V/I轉換模塊內，由V/I轉換模塊進行變送輸出。

通過在儀表放大模塊的電壓參考端設置電壓跟隨模塊，電壓跟隨模塊輸出的電壓抬高了儀表放大模塊的參考端電壓，因此當壓力傳感器輸出的信號為負壓信號時，可以將壓力傳感器零位輸出的負信號轉換為正信號，避免了儀表放大模塊不能放大負信號的弊端，提高了整個線路板的精度。在本三線制壓力變送器工作過程中，同時可通過按鍵處理模塊向CPU模塊輸入信號，對本三線制壓力變送器進行設置和調試，如校準操作，簡化了車間的生產調試過程。

在圖2所述的本三線制壓力變送器的電路原理圖中，由電阻R1~R3、電容C1以及集成運算放大器組成的恒流源電路的輸出端連接到壓力傳感器RP的輸入端，為壓力傳感器RP進行供電。壓力傳感器RP的輸出端分別連接儀表放大器芯片U5的信號輸入端：3腳和2腳，儀表放大器芯片U5的1腳和8腳之間連接增益電阻RG，儀表放大器芯片U5的5腳為電壓參考端，在該管腳上連接有由集成運算放大器U4以及電阻R8~R9、電容C3組成的電壓跟隨器電路。儀表放大器芯片U5為上述的儀表放大器模塊，集成運算放大器U4以及電阻R8~R9組成的電壓跟隨器電路為上述的電壓跟隨模塊，其中供電電源串聯電阻R8之后同時并聯電阻R9的一端以及集成運算放大器芯片U4的同相輸入端，集成運算放大器芯片U4反相輸入端以及輸出端同時連接所述的儀表放大器芯片U5的參考電壓輸入端。

儀表放大器芯片U5的信號輸出端6腳串聯電阻R7之后同時并聯電容C2的一端以及集成芯片U6的1腳，電容C2的另一端接地。集成芯片U6的2腳和6腳接地，其輸出端3腳和4腳分別連接集成芯片U1的15腳和16腳，集成芯片U6為上述的A/D轉換模塊，集成芯片U1為上述的CPU模塊。

電源VCC同時并聯電阻R11~R13的一端，電阻R11的另一端同時并聯集成芯片U1的5腳和按鍵DOWN的一端，按鍵DOWN的另一端串聯電阻R4接地；電阻R12的另一端同時并聯集成芯片U1的4腳和按鍵UP的一端，按鍵UP的另一端串聯電阻R5接地；電阻R13的另一端同時并聯集成芯片U1的3腳和按鍵SET的一端，按鍵SET的另一端串聯電阻R6接地。電阻R4~R6、電阻R11~R13以及按鍵SET、按鍵UP、按鍵DOWN組成上述的按鍵處理模塊。

集成芯片U1的27腳和28腳分別連接LED顯示屏U8的2腳和4腳，LED顯示屏U8的1腳連接電源VCC，3腳接地。LED顯示屏U8內置上述的LED驅動模塊，用于驅動LED顯示屏U8上的LED進行顯示。

集成芯片U1的20腳~22腳分別連接集成芯片U7的2腳、6腳和1腳，集成芯片U7的輸出端3腳串聯電阻R10后連接集成芯片U2的輸入端6腳，集成芯片U6和集成芯片U2分別為上述的D/A轉換模塊和V/I轉換模塊。集成芯片U6的1腳為供電端，接入PLC輸出端提供的24V直流電源；集成芯片U6的3腳輸出4~20mA電流信號；集成芯片U6的接地端為24V供電電源負極以及4~20mA電流信號共用的負極，實現了本三線制壓力變送器的三線制接線。

具體工作過程及工作原理如下：

恒流源模塊為壓力傳感器提供工作電流，壓力傳感器將壓力信息及采集到的壓力毫伏差分信號傳遞給儀表放大器模塊，由于壓力傳感器為擴散硅壓阻式傳感器，在零位有時會輸出微小的負信號，為了后端的儀表放大器模塊能放大這個微小的負信號，所以在儀表放大器模塊的電壓參考端連接了電壓跟隨模塊，通過電壓跟隨模塊輸出的電壓將電壓參考端的電壓抬高，以便將壓力傳感器輸出的負信號轉換為正信號，儀表放大器模塊根據增益電阻RG的大小來確定放大倍數，將采集到的差分信號放大成伏級信號，給后端的A/D轉換模塊提供輸入信號，通過A/D轉換模塊將模擬信號轉換成數字信號送入CPU模塊。

CPU模塊將轉換后的數字信號通過數據濾波、計算、處理后，通過LED驅動電路模塊將處理后的結果通過LED顯示出來，通過按鍵處理電路模塊，可設置儀表參數及進行線性校準。D/A轉換模塊通過SPI總線與CPU模塊相連，D/A轉換模塊輸出的電壓信號為后端的V/I轉換模塊提供輸入電壓，通過V/I轉換模塊調理輸出三線制的4~20mA信號，即24VDC電源正一根線、4~20mA信號輸出正一根線、24V電源負端和4~20mA信號負端共用一根線，滿足后端三線制PLC設備的需求。

在本三線制壓力變送器中，CPU模塊1采用微芯公司的PIC18F25K80系列單片機，該系列單片機具有體積小、功耗低、價格低廉的優(yōu)點。V/I轉換模塊采用型號為XTR111的集成芯片實現，來實現標準的三線制4~20mA信號輸出，供后續(xù)的三線制PLC設備使用，從而完成工業(yè)過程壓力自動化控制。

優(yōu)選的電壓跟隨模塊，與儀表放大器模塊3的REF參考端電聯接，電壓跟隨模塊輸出的電壓抬高了儀表放大器模塊3的REF端電壓，從而可以將壓力傳感器2零位輸出的負信號轉換為正信號，避免了儀表放大器模塊3不能放大負信號的弊端，提高了整個線路板的精度。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非是對本實用新型作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍。