全文摘要
一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，由RTD传感器和温度变送器组成一体化结构形式。雷击瞬变保护电路由两个双向稳压二极管、两个限流电阻和一个双向三极气体放电管组成。当变送器遭受雷电冲击，电压会高于额定值，双向二极管和双向三极管就会瞬间向大地放电，确保变送器不被击毁。信号极性反接保护路由四只二极管组成一个电桥，信号无论反接、正接，变送器都能正常工作。过电压保护电路则是用一只自恢复稳压管并接于信号线的正负极之间，当端电压高于额定值时，稳压管则自行导通放电，使电压恢复平稳，保证变送器正常工作。信号隔离电路就是将电路中的信号进行耦合、调质，将电性干扰滤除，输出一个稳定的标准的变送信号。
主设计要求
1.一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，包括：机械结构部件和电气部件，其中，机械结构部件包括：防爆壳体、端子腔、过程接口、电气接口、电子腔和显示窗，电气部件包括：电路芯板、显示器、接线端子、RTD组件、接地螺钉和电气导线，其特征在于：防爆壳体（1）和RTD组件（6）组成一体化结构，防爆壳体（1）内的端子腔（10）和电子腔（13）相互隔离，端子腔（10）内装有接线端子（12），电气接口（2）与端子腔（10）相通，信号引线（11）经过电气接口（2）与端子腔（10）内的接线端子（12）相连，外装端子腔盖（9），电子腔（13）内置电路芯板（17）和显示器（16），电路芯板（17）分别与RTD引线（18）和接线端子（12）相连，显示器（16）接插于电路芯板（17）之上，腔外装电子腔盖（14），上有显示窗（4）,RTD组件（6）为温度测量元件，RTD组件（6）上端与防爆壳体（1）相连，下端为测量端（8），中部有一过程安装螺纹（7）。
设计方案
1.一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，包括：机械结构部件和电气部件，其中，机械结构部件包括：防爆壳体、端子腔、过程接口、电气接口、电子腔和显示窗，电气部件包括：电路芯板、显示器、接线端子、RTD组件、接地螺钉和电气导线，其特征在于：防爆壳体（1）和RTD组件（6）组成一体化结构，防爆壳体（1）内的端子腔（10）和电子腔（13）相互隔离，端子腔（10）内装有接线端子（12），电气接口（2）与端子腔（10）相通，信号引线（11）经过电气接口（2）与端子腔（10）内的接线端子（12）相连，外装端子腔盖（9），电子腔（13）内置电路芯板（17）和显示器（16），电路芯板（17）分别与RTD引线（18）和接线端子（12）相连，显示器（16）接插于电路芯板（17）之上，腔外装电子腔盖（14），上有显示窗（4）,RTD组件（6）为温度测量元件，RTD组件（6）上端与防爆壳体（1）相连，下端为测量端（8），中部有一过程安装螺纹（7）。
2.如权利要求1所述一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，其特征在于：具有防雷击瞬变保护功能的变送器电路，电路由两只双向稳压二极管D1<\/sub>D2<\/sub>，两个限流电阻R9<\/sub>R10<\/sub>和一只双向三极气体放电管G所组成，电路输入端与变送器输入端子相连，电路输出端与电桥输入端相连，电路的接地线与变送器外壳连通。
3.根据权利要求2所述一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，其特征在于：具有信号极性反接保护功能的变送器电路，电路由D3<\/sub>、D4<\/sub>、D5<\/sub>、D6<\/sub>四个二极管组成电桥，电桥输入端的Ⅰ、Ⅲ脚分别通过R9<\/sub>、 R 10<\/sub>分别与变送器电源端子相连，电桥的输出端Ⅱ、Ⅳ脚分别与信号隔离集成电路L的Ⅺ脚、Ⅻ脚和Ⅸ脚、Ⅹ脚相连。
4.根据权利要求2所述一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，其特征在于：具有过电压保护功能的变送器电路，电路由一只稳压二极管D7<\/sub>组成，D7<\/sub>的两脚分别与电桥输出端的Ⅱ、Ⅳ脚并接，组成过电压保护电路。
5.根据权利要求2所述一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，其特征在于：具有将信号和电源隔离阻断干扰功能的变送器电路，电路由一个信号隔离集成电路L组成，其输入端的Ⅺ脚、Ⅻ脚和Ⅸ脚、Ⅹ脚分别与电桥的输出端的Ⅱ脚和Ⅳ脚相连，其输出端的Ⅰ脚与U的Ⅹ脚和Q1<\/sub>的Ⅱ脚相连，其输出端的Ⅱ脚则通过LED显示器与U1<\/sub>的Ⅶ脚相连。
6.根据权利要求3、4或5所述一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，其特征在于：具有防雷击瞬变保护、过电压保护、电源极性反接保护和信号隔离功能的温度变送器电路印制板，其印制板为单层板结构呈圆形，分正、反面，正面布置有元件插孔、过孔、钉孔、丝印布件轮廓图、器件标识、编号，反面则布有过孔焊盘、电源连接线、接地线及屏蔽网，正反面均涂绿色阻焊剂。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于温度测量技术领域,具体的说，是一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器。多用于户外机械旋转设备、加热炉设备、油气管道设备以及地表温度的检测。
背景技术
原有的一体化温度变送器，始终沿袭传统的电路模式，即：信号采集、放大调整、线性补偿、I\/V转换和信号输出。在电路当中很少考虑安全防护和抗干扰问题，随着生产过程自动化水平的提高和温度变送器的全天候应用，有以下几个问题待以解决：
（1）温度变送器的全天候使用，除严寒酷暑外，雷电的冲击危害极大，它可瞬间将几十万伏的电压涌入温度变送器，将温度变送器本身乃至整个系统被击穿烧毁。
（2）随着工业自动化水平的提高，分布在现场各机组之间的电力信号线十分繁杂，在变送器安装和维修时，很容易将信号极向反接，导致温度变送器烧毁。
（3）由于现场电器仪表的大量使用，导线密集，连接复杂，在电器仪表安装和检修过程中很容易造成导线误接和短路，当电源串接时电压就会骤然升高，致使温度变送器电路器件烧毁。
（4）由于现场的用电器和变频设备的密集使用，电器相互间的射频干扰和电力耦合器间的工频干扰都会通过电气导线侵入到变送器电路中，使变送器无法正常工作。采用将电气信号隔离的方法来排出干扰，来保证变送器正常工作。
综上所述，开发研制出一种全新的具有防雷击瞬变保护、信号极向反接保护、过电压保护和信号隔离功能的一体化温度变送器十分必要。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，具有防雷击瞬变保护、过电压保护、信号极性反接保护和信号隔离功能的一体化温度变送器，用以解决上述问题。
本实用新型的技术方案为：一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器是由机械结构部件和电气部件组成，其中，机械结构部件包括：防爆壳体、端子腔、过程接口、电气接口、电子腔和显示窗,电气部件包括：电路芯板、显示器、接线端子、RTD组件、接地螺钉和电气导线。具体详见图3。并做如下说明：防爆壳体1和RTD组件6组成一体化结构形式，防爆壳体1上装有显示窗4，显示窗4装有显示窗玻璃15，防爆壳体1内的端子腔10和电子腔13相互隔离，端子腔10内装有接线端子12，电气接口2与端子腔10相通，信号引线11经过电气接口2与端子腔10内的接线端子12相连外装端子腔盖9。电子腔13内置电路芯板17和显示器16。电路芯板17分别与RTD引线18和接线端子12相连，显示器16接插于电路芯板17之上，腔外装电子腔盖14，上有显示窗4。RTD组件6为温度测量元件，主要功能是向变送器提供温度检测信号，RTD组件6上端与防爆壳体1相连，下端有测量端8，中部有一过程安装螺纹（7）。测量端8插入被测介子中。供安装设备使用。接地螺钉5置于防爆壳体1的外部，是用于设备安全接地的连接点，以上各部件的组合构成，有效地保证了具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器得以实现。
本实用新型的电气原理：一种具有多种保护和信号隔离功能的一体化温度变送器的电路包括RTD组件、信号采集、放大补偿、V\/I转换、信号隔离、雷击瞬变保护、过电压保护、信号极性反接保护电路单元和显示器。
本实用新型的电路构成如下：（1）、电路中的RTD组件是一温度测量元件，它的主要功能是向电路提供一个与温度变化成正比的电气检测信号。（2）、这个信号经采集放大、补偿调理和I\/V转换后，形成一个标准的4-20mA输出信号。（3）、将这个型号串入显示器中就形成了本电路的显示单元。（4）、在电路的输入端和输出端中间加入一隔离线路，将其信号与电源隔离、滤除信号的电性干扰。（5）、相继再加入雷击瞬变保护、过电压保护和极性反接保护电路。尽而形成了本实用新型的一个完整的电气线路，保证本实用新型得以实现。
本实用新型浪涌瞬变保护电路：见图1，电路是由两只双向稳压二极管D1<\/sub>、D2<\/sub>，两只限流电阻R9<\/sub>、R10<\/sub>和一只双向三极气体放电管G组成。接法见图1，电路输入端的两线分别与变送器输入端子正负极相连。电路输出端的两线分别与电路中的电桥输入端Ⅰ、Ⅲ脚连接，其接地线则于二极管D1<\/sub>、D2<\/sub>和G的Ⅲ脚与变送器壳体相连，具体连线方法见图1。在正常状态下D1<\/sub>、D2<\/sub>和G都处于截止状态。当变送器信号正极遭受雷电冲击时，电压会迅速升高，当高于D1<\/sub>的额定值时，D1<\/sub>则导通放电，在电阻R9<\/sub>处形成高电压。当电压高于双向气体放电管G的额定电压时，G的一个极则被导通，瞬间向大地放电，将电压限制在额定的范围内，尽而使变送器在遭受雷电袭击时而不被烧毁，有效地保证了变送器安全运行。
当变送器信号负极遭受雷电冲击时，电路中的双向稳压二极管D2<\/sub>、限流电阻R10<\/sub>和双向三极气体放电管G与变送器正极遭受雷电冲击时的工作过程相同。不另述。
本实用新型的电源反接保护电路：见图1，电路是由四个二极管D3<\/sub>、D4<\/sub>、D5<\/sub>、D6<\/sub>组成电桥。连接方法：电桥输入端Ⅲ脚与电源（+）相连，电桥Ⅰ脚与电源（-）相连。电桥输出端Ⅱ脚与信号隔离集成电路的Ⅺ脚、Ⅻ脚相连，电桥输出端Ⅳ脚与信号隔离集成电路的Ⅸ脚、Ⅹ脚相连。当电桥的Ⅲ脚为（+），（Ⅰ脚）为（-）时，电桥的二极管D3<\/sub>、D6<\/sub>导通，D4<\/sub>、D5<\/sub>截止。这时电桥Ⅱ脚为（+）Ⅳ脚为（-），变送器可正常工作。当电桥Ⅲ脚为（-），Ⅰ脚为（+）时，二极管D4<\/sub>、D5<\/sub>导通，D3<\/sub>、D6<\/sub>截止。这时电桥的输出端仍然是Ⅱ脚为（+）Ⅳ脚为（-），所以，无论信号极性反接正接，变送器都能照常工作。
本实用新型过电压保护电路：电路由一只稳压管D7<\/sub>实现。连接方法见图1。即D7<\/sub>的两脚并接于电桥的Ⅱ脚和Ⅳ脚之间，在正常情况下，D7<\/sub>处于截止状态。当电压高于D7<\/sub>的额定值时，D7<\/sub>就会自然导通卸压，将电压限制在额定值以下，保证变送器正常工作，电路过压变送器无损。
本实用新型的信号隔离电路：见图1，电路是由一个无源信号隔离集成电路模块L组成，L的Ⅺ脚、Ⅻ脚、和电桥的Ⅱ脚相接，L的Ⅸ脚、Ⅹ脚与电桥的Ⅳ脚相接，L的Ⅰ脚与电路中U1<\/sub>的Ⅹ脚和Q1<\/sub>的Ⅱ脚相接，L的Ⅱ脚与电路中U1<\/sub>的Ⅶ脚相连，当信号通过隔离集成模块进行耦合和调制解调后，滤除了电源中的干扰，输出一个标准的4～20mA电流信号，使变送器能够正常有效工作
本实用新型的优点及有益效果：本实用新型的主要特点：（1）防雷击、瞬变保护；（2）信号极性反接，变送器使用无忧；（3）信号过电压，与变送器电路无损；（4）信号隔离，滤除电性干扰；（5）无外接部件，安装简便；（6）适应多种环境条件，全天候使用；（7）制造成本低；（8）变送器的使用寿命长；（9）运行安全可靠。
附图说明
图1：为本实用新型的电气原理图。
图2：为本实用新型的电路印制板图。
图3：a为本实用新型的结构示意图，b为a的左视剖视图，c为a的局部示意图。
图中：1是防爆壳体、2是电器接口，3是电器接口丝堵、4是显示窗、5是接地螺钉、6是RTD组件、7是过程连接螺丝、8是测量端、9是端子腔盖、10是端子腔、11是信号引线、12是接线端子、13是电子腔、14是电子腔盖、15是显示窗玻璃、16是显示器、17是电路芯板、18是RTD引线。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本实用新型的实施。
实施例一、整体结构及使用过程：
本实用新型的整体机构是由机械部分和电气部分组成，如图3所示。其中的机械部分主要是由防爆壳体1和RTD组件6组成。具体组成如下：（1）、将防爆壳体1和RTD组件6组合成一体。（2）、防爆壳体1上分别设有端子腔10和电子腔13，两腔封闭隔离。并分别配有端子腔盖9和电子腔盖14，端子腔10内装有接线端子12与壳体上的两个电气接口2相通。电子腔13与RTD组件接口相通。电子腔盖14上有一显示窗4。（3）RTD组件6上端与防爆壳体1的电子腔13相接。中间配有一过程连接螺纹7。下端即为测量端8。
如图3所示，电气部分构成主要包括电路芯板17、显示器16、RTD组件6、接线端子12、接地螺钉5、信号引线11和RTD引线18。具体连线构成如下：（1）信号引线11通过电气接口2与接线端子12相连，并通过壳体隔离壁进入电子腔13。（2）、电路芯板17安装与电子腔13中，与接线端子12的引线和RTD引线分别相连。显示器4插接与电路芯板17之上。（3）、RTD引线18引入电子腔13内与电路芯板17连通。（4）、接地螺钉5的位置在防爆壳体1的外部，用一引线与大地联通。
使用方法及过程：（1）、整机安装：将整机上的RTD组件6上的过程连接螺纹7与设备旋紧连接，测量端8须插入被测介子中。（2）、电气连线：将信号引线11与接线端子12相连，通电后，在输入端和输出端分别有电压输入和电流输出，在显示器上有数字或符号的显示。（3）、校准调整：在电路芯板17上有两个可调电位器，其中一个是“零点”调校。另一个是满量程调校。在量程中最小温度值时调校调零点电位器，使之输出信号为4mA。当量程中的最大温度值时调校满量程电位器，使之输出信号为20mA。（4）、当整机安装、通电、校准和运行后。应输出一个与被测温度变化同步的、呈线性关系的电流信号输出，即4-20mA信号。同时也在显示器16显示同步的测量值。这个信号可供DCS、PLC工控系统和其它形式的应用。
实施例二，变送器调理电路：由RTD组件、集成电路U1<\/sub>、三级管Q1<\/sub>、电位器W1<\/sub>、W2<\/sub>、电容器C1<\/sub>、C2<\/sub>、C3<\/sub>、C4<\/sub>和电阻R1<\/sub>、R2<\/sub>、R3<\/sub>、R4<\/sub>、R5<\/sub>、R6<\/sub>、R7<\/sub>、R8<\/sub>组成。接法见图1，RTD引线为三棵，一端为一棵引线，另一端为两棵引线。一棵引线端的引线与R5<\/sub>、U1<\/sub>的Ⅰ脚和R1<\/sub>并接，其中一路通过R5<\/sub>，与U1<\/sub>的XIII脚相连，另一路通过R1<\/sub>、R2<\/sub>与U1<\/sub>的Ⅻ脚相连。两棵引线端中的一棵引线通过R7<\/sub>与U1<\/sub>的Ⅵ脚相连，另一棵引线通过W1<\/sub>、R3<\/sub>与R8<\/sub>、R4<\/sub>和U1<\/sub>的Ⅳ脚并连，其中一路通过R8<\/sub>与U1<\/sub>的Ⅻ脚和R2<\/sub>相连，另一路通过R4<\/sub>与U1<\/sub>的Ⅱ脚相连，U1<\/sub>为变送调理芯片，内有两路恒流输出，一路给RTD供电，另一路为基准电路供电。基准电路则由W1<\/sub>、R3<\/sub>、R4<\/sub>、与U1<\/sub>的Ⅱ脚组成，RTD信号经调理后由U1<\/sub>的Ⅹ脚输出一个标准4～20mA电流信号。
实施例三，防浪涌保护电路：由两个双向稳压二极管D1<\/sub>、D2<\/sub>，两个限流电阻R9<\/sub>、R10<\/sub>和一只双向三级气体放电管G组成。接法见图1，电路输入端的两线与变送器输入端子（+）（-）相连，G的Ⅰ脚与输入端子（+）和R9<\/sub>并接，并通过R9<\/sub>与电桥的Ⅲ脚和D1<\/sub>并接，G的Ⅲ脚与输入端子（-）和R10<\/sub>并接，并通过R10<\/sub>与电桥Ⅰ脚和D2<\/sub>并接，G的Ⅱ脚与D1<\/sub>、 D 2<\/sub>并连接地，与变送器壳体相连。在正常情况下，D1、D2和G处于截止状态，当变送信号正极遭受雷电冲击时，电压会骤然升高，当高于D1<\/sub>的额定电压时，D1<\/sub>则导通，在R9<\/sub>处形成高电压，当电压高于G的额定电压时，G就会瞬间向大地放电。当变送信号负极遭到雷电冲击时电压会骤然升高，当高于D2<\/sub>的额定电压时，D2<\/sub>导通，并在R10<\/sub>处形成高压，当电压高于G的额定电压时，G就会瞬间向大地放电，D8<\/sub>连接与电桥的Ⅲ脚和Ⅰ脚之间，做为冗余限压保护，这样的实施有效地避免了变送器遭受雷电的冲击，确保了系统的安全运行。
实施例四，信号极性反接保护电路：由四只二极管D3<\/sub>、D4<\/sub>、D5<\/sub>、D6<\/sub>组成一个电桥。接法见图1，电桥的Ⅰ脚、Ⅲ脚分别同R9<\/sub>、R10<\/sub>相连。电桥的Ⅱ脚与信号隔离集成电路的Ⅺ脚、Ⅻ脚并连，电桥的Ⅳ脚与信号隔离集成线路的Ⅸ脚、Ⅹ脚并连。当电桥输入端Ⅲ脚为（+），Ⅰ脚为（-）时，D3<\/sub>、D6<\/sub>导通，D4<\/sub>、D5<\/sub>截止。电桥Ⅱ脚输出则为（+），Ⅳ脚则为（-），当电桥输入端的Ⅲ脚为（-），Ⅰ脚为（+）时，D4<\/sub>、D5<\/sub>导通，D3<\/sub>、D6<\/sub>截止，电桥输出仍然是Ⅱ脚为（+），Ⅳ脚为（-）。所以，即使极向反接，输出极向不变，保证变送器正常工作。
实施例五、过电压保护电路：由一只稳压二极管D7<\/sub>并接于电桥输出端的Ⅱ脚和Ⅳ脚之间，接法见图1，在正常情况下，D7<\/sub>为截止状态，当电路中电压高于额定值时，D7<\/sub>导通，放电，将电压保持在正常状态，使变送器在高电压状态下仍能正常工作而不被损坏。
实施例六、信号隔离电路：是由一个无源信号隔离集成线路L组成，其Ⅻ脚、Ⅺ脚与电桥Ⅱ脚相连，Ⅸ脚、Ⅹ脚与电桥Ⅳ脚相连，Ⅰ脚与U1<\/sub>的Ⅻ脚和三级管Q1<\/sub>的Ⅱ脚相连、Ⅱ脚则通过LED显示器的与U1<\/sub>的Ⅶ脚相连。接法见图1，当电流信号经过隔离集成线路进行耦合和调质后，将电路中的各种干扰阻隔滤除，输出一个稳定的4～20mA电流信号。保正了变送器的准确测量。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920005807.2
申请日:2019-01-03
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:89(沈阳)
授权编号:CN209416514U
授权时间:20190920
主分类号:G01K 1/02
专利分类号:G01K1/02;H02H9/06;H02H11/00;H02H9/04
范畴分类:31C;
申请人:沈阳半岛电器表业有限公司
第一申请人:沈阳半岛电器表业有限公司
申请人地址:110000 辽宁省沈阳市浑南新区浑南四路1号A-10-19室
发明人:李树和;王同宾;高昆;史宝义
第一发明人:李树和
当前权利人:沈阳半岛电器表业有限公司
代理人:杨乃力
代理机构:21207
代理机构编号:沈阳杰克知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计