全文摘要
本实用新型涉及温湿度测量技术领域，特别涉及一种本安型温湿度测量电路，其包括主控单元、电流变送单元、显示单元和电压转换单元；主控单元的信号输入端连接外部温湿度传感器的信号输出端，所述主控单元的信号输出端连接电流变送单元的信号输入端，所述显示单元连接主控单元用于输出信号至外部显示器；电流变送单元的电源端连接外部电源正极，所述电流变送单元的电流输出端连接外部电源负极；所述电流变送单元的电压输出端连接于电压转换单元的电压输入端，所述电压转换单元的电压输出端连接于主控单元和显示单元的工作电压输入端；本实用新型具有防爆功能、解决在爆炸气氛中测量温湿度的问题。
主设计要求
1.一种本安型温湿度测量电路，其特征在于：包括主控单元(1)、电流变送单元(2)、显示单元(4)和电压转换单元(3)；所述主控单元(1)的信号输入端连接外部温湿度传感器的信号输出端，所述主控单元(1)的信号输出端连接电流变送单元(2)的信号输入端，所述显示单元(4)连接主控单元(1)用于输出信号至外部显示器；所述主控单元(1)的信号输出端包括用于输出温度信号的第一输出端和用于输出湿度信号的第二输出端；所述电流变送单元(2)的电源端连接外部电源正极，所述电流变送单元(2)的电流输出端连接外部电源负极；所述电流变送单元(2)的电压输出端连接于电压转换单元(3)的电压输入端，所述电压转换单元(3)的电压输出端连接于主控单元(1)和显示单元(4)的工作电压输入端；所述电流变送单元(2)包括两个结构相同的电流变送器，分别为用于输出温度标准信号的第一电流变送器(201)和用于输出湿度标准信号的第二电流变送器(202)；所述第一电流变送器(201)包括第一电流变送芯片和连接于第一电流变送芯片的第一功率管；所述第一电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元(1)的第一输出端，所述第一电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第一电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极；所述第二电流变送器(202)包括第二电流变送芯片和连接于第二电流变送芯片的第二功率管；所述第二电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元(1)的第二输出端，所述第二电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第二电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极。
设计方案
1.一种本安型温湿度测量电路，其特征在于：包括主控单元(1)、电流变送单元(2)、显示单元(4)和电压转换单元(3)；
所述主控单元(1)的信号输入端连接外部温湿度传感器的信号输出端，所述主控单元(1)的信号输出端连接电流变送单元(2)的信号输入端，所述显示单元(4)连接主控单元(1)用于输出信号至外部显示器；所述主控单元(1)的信号输出端包括用于输出温度信号的第一输出端和用于输出湿度信号的第二输出端；
所述电流变送单元(2)的电源端连接外部电源正极，所述电流变送单元(2)的电流输出端连接外部电源负极；所述电流变送单元(2)的电压输出端连接于电压转换单元(3)的电压输入端，所述电压转换单元(3)的电压输出端连接于主控单元(1)和显示单元(4)的工作电压输入端；
所述电流变送单元(2)包括两个结构相同的电流变送器，分别为用于输出温度标准信号的第一电流变送器(201)和用于输出湿度标准信号的第二电流变送器(202)；
所述第一电流变送器(201)包括第一电流变送芯片和连接于第一电流变送芯片的第一功率管；所述第一电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元(1)的第一输出端，所述第一电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第一电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极；
所述第二电流变送器(202)包括第二电流变送芯片和连接于第二电流变送芯片的第二功率管；所述第二电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元(1)的第二输出端，所述第二电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第二电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极。
2.根据权利要求1所述的本安型温湿度测量电路，其特征在于：所述第一电流变送器(201)还包括第一保护电路，所述第一保护电路包括反向电压保护电路(201b)和正向过压保护电路(201a)，所述正向过压保护电路(201a)包括稳压管DW1和并联连接于稳压管DW1两端的滤波电容，所述稳压管DW1的正极接第一电流变送芯片的电流输出端，所述稳压管的负极接第一电流变送芯片的电源端；所述反向电压保护电路(201b)为二极管整流桥；
所述第二电流变送器(202)包括第二保护电路，所述第二保护电路的结构与第一保护电路结构相同。
3.根据权利要求1所述的本安型温湿度测量电路，其特征在于：所述第一电流变送芯片和第二电流变送芯片的型号均为XTR116U。
4.根据权利要求1所述的本安型温湿度测量电路，其特征在于：所述电压转换单元(3)包括供电电压转换电路和参考电压转换电路，所述供电电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的电压输出端，所述供电电压转换电路的电压输出端连接于主控单元(1)和显示单元(4)的供电电压输入端；所述参考电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的基准电压端，所述参考电压转换电路的电压输出端连接于主控单元(1)的参考电压输入端。
5.根据权利要求4所述的本安型温湿度测量电路，其特征在于：所述供电电压转换电路中设有正向低压降压器，其型号为AMS1117-3.3。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及温湿度测量技术领域，特别涉及一种本安型温湿度测量电路。
背景技术
在易燃易爆的场所如粉尘车间、化工厂、弹药库房等环境中测量温湿度，需配置防爆型温湿度传感器，传统意义上的防爆产品多采用防爆外壳对其进行隔爆处理，这样对产品的防爆外壳提出了很高的要求，通常防爆外壳采用铸铝或铸铁合金等材料，这样做出的产品体积和重量都比较大；由于本安型电气设备的电路本身就是安全的，不会产生的火花、电弧或过量的热能进而引燃周围环境爆炸性混合物，因此本安型电气设备不需要厚重的防爆外壳，这样就可以缩小设备的体积和重量，简化设备的结构，是一种比较理想的防爆电气设备；
本质安全型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下不会产生的电火花和热效应能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆；这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了提供了一种本安型温湿度测量电路，其优点是：具有防爆功能、解决在爆炸气氛中测量温湿度的问题。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：一种本安型温湿度测量电路，包括主控单元、电流变送单元、显示单元和电压转换单元；
所述主控单元的信号输入端连接外部温湿度传感器的信号输出端，所述主控单元的信号输出端连接电流变送单元的信号输入端，所述显示单元连接主控单元用于输出信号至外部显示器；所述主控单元的信号输出端包括用于输出温度信号的第一输出端和用于输出湿度信号的第二输出端；
所述电流变送单元的电源端连接外部电源正极，所述电流变送单元的电流输出端连接外部电源负极；所述电流变送单元的电压输出端连接于电压转换单元的电压输入端，所述电压转换单元的电压输出端连接于主控单元和显示单元的工作电压输入端；
所述电流变送单元包括两个结构相同的电流变送器，分别为用于输出温度标准信号的第一电流变送器和用于输出湿度标准信号的第二电流变送器；
所述第一电流变送器包括第一电流变送芯片和连接于第一电流变送芯片的第一功率管；所述第一电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元的第一输出端，所述第一电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第一电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极；
所述第二电流变送器包括第二电流变送芯片和连接于第二电流变送芯片的第二功率管；所述第二电流变送芯片的信号输入端连接于主控单元的第二输出端，所述第二电流变送芯片的电源端连接外部电源正极，所述第二电流变送芯片的电流输出端连接外部电源负极。
按以上方案，所述第一电流变送器还包括第一保护电路，所述第一保护电路包括反向电压保护电路和正向过压保护电路，所述正向过压保护电路包括稳压管DW1和并联连接于稳压管DW1两端的滤波电容C9，所述稳压管DW1的正极接第一电流变送芯片的电流输出端，所述稳压管DW1的负极接第一电流变送芯片的电源端；所述反向电压保护电路为二极管整流桥；所述第二电流变送器包括第二保护电路，所述第二保护电路的结构与第一保护电路结构相同；反向电压保护电路可防止外部的环路电源的极性接反而损坏第一电流变送芯片；正向过压保护电路中的稳压管DW1采用的是IN4753A型稳压管，其稳定电压为36V，当环路电压过高时被钳位到36V，防止第一电流变送芯片损坏。
按以上方案，所述第一电流变送芯片和第二电流变送芯片的型号均为XTR116U；XTR116U芯片可在整个工业标准电流环内发送4～20mA标准输出信号，提供精确的电流定标和输出电流限制功能，满足本安设备功耗要求。
按以上方案，所述电压转换单元包括供电电压转换电路和参考电压转换电路，所述供电电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的电压输出端，所述供电电压转换电路的电压输出端连接于主控单元和显示单元的供电电压输入端；所述参考电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的基准电压端，所述参考电压转换电路的电压输出端连接于主控单元的参考电压输入端；供电电压转换电路和参考电压转换电路对电压进行转换为主控单元和显示单元提供了工作电压和参考电压。
按以上方案，所述供电电压转换电路中设有正向低压降压器，其型号为AMS1117-3.3；AMS1117-3.3具有限流功能与过热切断功能，可以有效的限制整机功耗，达到本安设备的功耗要求。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型将传感器采集的温湿度数字信号通过主控单元处理后由电流变送单元输出，通过电流变送单元的第一电流变送芯片和第二电流变送芯片分别输出温度标准信号和湿度标准信号，通过电流变送芯片自身的限流功能，限制了功耗，在满足电路基本功能的条件下，降低了施加在储能器件上的最高电压或最大电流，而达到本质安全，具有防爆功能、解决在爆炸气氛中测量温湿度的问题；进一步的，电流变送芯片的精度高，非线性误差小，提高了温湿度的测量精度。
附图说明
图1是本实施例测量电路的整体框图；
图2是本实施例中主控单元的电路原理图；
图3是本实施例中电流变送单元的电路原理图；
图4是电压转换单元中供电电压转换电路的电路原理图；
图5是电压转换单元中参考电压转换电路的电路原理图；
图6是本实施例中显示单元的电路原理图；
图7是本实施例中按键调试单元的电路原理图。
图中，1、主控单元；2、电流变送单元；201、第一电流变送器；201a、正向过压保护电路；201b、反向电压保护电路；202、第二电流变送器；3、电压转换单元；4、显示单元；5、按键调试单元。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
请参考图1至图7，本实用新型为一种本安型温湿度测量电路，包括主控单元1、电流变送单元2、显示单元4和电压转换单元3；主控单元1的信号输入端连接外部温湿度传感器的信号输出端，主控单元1的信号输出端连接电流变送单元2的信号输入端，所述显示单元4连接主控单元1用于输出信号至外部显示器；测量电路还包括按键调试单元5，所述按键调试单元5连接主控单元1用于输入调试信号至外部按键的调试信号；所述电流变送单元2的电源端连接外部电源正极，所述电流变送单元2的电流输出端连接外部电源负极；所述电流变送单元2的电压输出端连接于电压转换单元3的电压输入端，所述电压转换单元3的电压输出端连接于主控单元1、显示单元4和按键调试单元5的工作电压输入端。
参阅图2，主控单元1由一片C8051F020单片机芯片及其外围电路组成，外部传感器采用IIC接口与主控单元1的59脚和60脚连接进行通信，信号传输线的上拉电阻使用电阻为2.2KΩ，即线上电流最高仅为1mA；单片机U1的XTAL1和XTAL2引脚连接4MHZ的外部晶振Y1，芯片工作电流在1mA以下，满足本质安全产品要求。主控单元1的信号输出端包括用于输出温度信号的第一输出端V01和用于输出湿度信号的第二输出端V02。
参阅图3，电流变送单元2包括两个结构相同的电流变送器，分别为用于输出温度标准信号的第一电流变送器201和用于输出湿度标准信号的第二电流变送器202；第一电流变送器201包括第一电流变送芯片U2和连接于第一电流变送芯片U2的第一功率管Q1；第一电流变送芯片U2采用的是XTR116U芯片，可在整个工业标准电流环内发送4～20mA模拟信号，XTR116U芯片可将外部传感器产生的40～200μA弱电流信号放大100倍，获得4～20mA标准输出，提XTR116U芯片供精确的电流定标和输出电流限制功能；XTR116U芯片内部设有4.096V基准电压可为传感器提供偏置或激励，增加了+5V精密稳压器，其输出电压精度为±0.05％，可给外部电路单独供电，从而简化了外部电源的设计。
如图3所示，第一电流变送芯片U2的V+端为电源端，接外部的环路电源的正极；Vreg端为+5V精密稳压器的输出端；Vref端为4.096V基准电压输出端；Iin端为电流信号输入端，与主控单元1的第一输出端V01相连；Iret端为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端，与外部传感器的接地端SGND相连，可检测片外电路电流，以精确控制输出电流的精度；B和E端为第一功率管Q1的接口，B端连接第一功率管Q1的基极，E端连接第一功率管Q1的发射极，第一功率管Q1的集电极连接第一电流变送芯片U2的V+端；Io端为4～20mA电流输出端，用于输出4～20mA标准电流信号，Io端接外部的环路电源的负极，构成电流环电路；V+端和Io端通过接线端子DZ1与外部的环路电源连接，接线端子DZ1的1脚为正，接外部环路电源正极，接线端子DZ1的2脚为负，接外部环路电源负极；第一功率管为Q1为NPN型功率晶体管，第一电流变送芯片U2内部自身设有输出晶体管，第一功率管为Q1与芯片内部输出晶体管并联后可降低芯片的功耗。
第一电流变送器201还包括第一保护电路，第一保护电路包括反向电压保护电路201b和正向过压保护电路201a，正向过压保护电路201a包括稳压管DW1和并联连接于稳压管DW1两端的滤波电容C9，稳压管DW1的正极接第一电流变送芯片U2的电流输出端Io，稳压管DW1的负极接第一电流变送芯片的电源端V+；所述反向电压保护电路201b为二极管整流桥，由4个二极管D1、D2、D3和D4组成，可防止外部的环路电源的极性接反而损坏芯片；稳压管DW1采用的是IN4753A型稳压管，其稳定电压为36V，当环路电压过高时被钳位到36V，防止第一电流变送芯片U2损坏。
第二电流变送器202和第一电流变送器201的结构相同，第二电流变送器202包括第二电流变送芯片U3和连接于第二电流变送芯片U3的第二功率管Q2,第二电流变送芯片U3的型号也为XTR116U；第二电流变送芯片U3的V+端连接于接线端子DZ1的3脚，第二电流变送芯片U3的Io端连接于接线端子DZ1的4脚，接线端子DZ1的3脚为正，接外部环路电源正极，接线端子DZ1的4脚为负，接外部环路电源负极。
结合图1、图4和图5，电压转换单元3包括供电电压转换电路和参考电压转换电路，供电电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的电压输出端，所述供电电压转换电路的电压输出端连接于主控单元1和显示单元4的供电电压输入端；所述参考电压转换电路的电压输入端连接于第一电流变送芯片的基准电压端，所述参考电压转换电路的电压输出端连接于主控单元1的参考电压输入端。
供电电压转换电路用于将+5V电压转换为+3.3V电压输出，为正向低压降压器，其包括AMS1117-3.3芯片，其固定输出电压为3.3V，同时其具有限流功能与过热切断功能，可以有效的限制整机功耗，达到本安设备的功耗要求；第一电流变送芯片U2的Vreg端输出+5V电压至AMS1117-3.3芯片的输入端IN，输出端OUT输出+3.3V电压，AMS1117-3.3芯片的ADJ引脚接地，AMS1117-3.3芯片的输入端IN串联电容C1后接地，电容C1还并联有E1，AMS1117-3.3芯片的输出端OUT串联电容C2后接地，电容C2还并联有E2，电容C1、C2、E1和E2均用作滤波，增强电路的抗干扰性。
参考电压转换电路为参考电压发生装置，其包括LM336-2.5芯片，LM336-2.5芯片的电压输入端V+连接第一电流变送芯片U2的Vref端获得4V基准电压，LM336-2.5芯片的电压输入端V+设有由R1和C5组成的低通滤波电路，LM336-2.5芯片其工作电流仅为400uA，具有低功耗特点。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920289261.8
申请日:2019-03-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209355989U
授权时间:20190906
主分类号:G01D 21/02
专利分类号:G01D21/02
范畴分类:31C;
申请人:南京英格玛仪器技术有限公司
第一申请人:南京英格玛仪器技术有限公司
申请人地址:210000 江苏省南京市秦淮区白下高新永丰大道9号1栋三层
发明人:李帆超
第一发明人:李帆超
当前权利人:南京英格玛仪器技术有限公司
代理人:朱戈胜
代理机构:32112
代理机构编号:南京天翼专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计