两线制高精度隔离型温度变送器设计方案

在工业自动化系统中，由于高可靠性的需要，传感器信号处理电路以原理简单、可靠的模拟信号为主，但不能完成非线性温度信号线性化补偿，无法对热电偶进行精密冷端补偿，无法根据现场条件灵活进行量程迁移等参数设置，导致其测温精度不够。同时，无法实现各种温度信号通用处理，导致模块专一化、多样化，给生产、维护和现场管理带来不便，不具备灵活的人机接口，对现场工况的适应性不足。

基于此，研制了一种两线制高精度通用隔离型温度变送器，可通过人机接口灵活设置处理热电阻、热电偶、电阻、电压等输入信号，实现温度信号的高精度测量。同时，通过变压器实现电源、输入、输出三端隔离，解决了现场信号串扰的问题，提高了变送器抗干扰能力。

总体设计方案主要包括电源系统、激励模块、冷端补偿模块、片选逻辑模块、信号处理模块、A/D模块、MCU处理中心、D/A模块、信号隔离模块和V/I转换模块。其中，电源系统采用24Ｖ直流供电，经由变压器提供5Ｖ、3.3Ｖ隔离电源，为输入、输出两侧各模块供电。激励模块为传感器提供恒流激励，冷端补偿模块为热电偶传感器提供冷端补偿。

传感器和冷端补偿模块的输出信号连接至片选逻辑，由MCU处理中心控制，按设定时序选择相应通道信号，经信号处理模块调理成A/D采样所需标准信号后，由A/D模块采样并传输至MCU。MCU根据不同传感器类型，选择对应的算法，计算温度。D/A模块根据MCU指令输出对应控制电压至信号隔离模块，信号隔离模块通过变压器实现输入、输出信号电气隔离，将控制电压等幅传输至V/I转换模块，V/I转换模块根据控制电压实现两线制4ｍＡ～20ｍＡ信号输出。

温度变送器采用通用化、模块化设计。适用于热电阻、所有类型热电偶以及普通电阻、电压输入信号。可快速插拔，互为备份，具备高低限、断线报警功能，可以及时发现故障。为验证整机功能和精度，通过等效器分别模拟Pt100、Ｋ型热电偶、WRe5- WRe26热电偶三种常用类型传感器信号进行试验，其量程分别为（0~500）℃、（0~1000）℃、（0~1800）℃。可以看出，变送器信号转换准确度优于0.1％，满足工业现场使用要求。

审核编辑：符乾江