一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构及其安装方法
【专利摘要】本发明涉及一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构及其安装方法，属于检测仪表领域。本发明电路结构包括XTR101芯片、电阻R1、二极管D1、热电偶、调零电位器RP1、电阻R2、调满电位器RP2、电阻R3、电容C1、电容C2、二极管D2、外部电源、外部负载、电路板、接线端子。本发明节省了热电偶系统补偿导线或延长线的投资；温度信号通过4-20mA直流信号进行传输，比传递微弱的热电势的补偿导线或连接线具有更强的抗干扰能力；电路板用环氧树脂封装在不锈钢筒体内，体积小巧紧凑，具有防水、防尘功能；变送器盒体采用不锈钢材料，抗机械撞击和抗腐蚀能力强；变送器与热电偶传感器为分离式安装。
【专利说明】一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构及其安装方法，属于检测仪表领域。
【背景技术】
[0002]在工业生产现场中，经常需要将热电偶信号放大和调理成4_20mA的电流信号，以便供计算机系统利用。
[0003]目前热电偶变送器主要有盒装式和架装式:
盒装式变送器主要安装在热电偶传感器的接线盒内，安装时需要将接线盒内的配件取出，安装比较麻烦，并且对于现场环境温度很高的情况，变送器由于受到高温作用而出现严重漂移或容易损坏，另外，盒装式变送器安装时要求热电偶传感器必须带有接线盒，对于一些没有接线盒的热电偶传感器则不适用。
[0004]架装式变送器可以安装在控制柜或现场仪表箱内，需要通过补偿导线连接传感器和变送器，不仅安装不便而且安装成本较高，架装式变送器防水、抗震、防尘性、防腐蚀的性能较差，微弱的热电偶信号在长距离传输过程中很容易受到电磁干扰，给温度检测带来困难。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构及其安装方法，以用于克服现有热电偶变送器存在的安装不便、需要补偿导线连接、不适合高温环境、防水和抗腐蚀性能差的状况。
[0006]本发明的技术方案是:一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，包括XTRlOl芯片1、电阻札2、二极管DJ、热电偶4、调零电位器RPj、电阻R26、调满电位器RP27、电阻R38、电容Q9、电容C210、二极管D2IU外部电源12、外部负载13、电路板17、接线端子18 ；
所述XTRlOl芯片1、电阻Rf、二极管DJ、调零电位器RP#、电阻R26、调满电位器RP27、电阻R38、电容Q9、电容C210、二极管D2IU外部电源12、外部负载13 ;其中XTRlOl芯片I的引脚5、6连接调满电位器RP27，调零电位器RPj的一端连接XTRlOl芯片I的引脚10，调零电位器RPj的另一端连接二极管DJ、电阻R26、电阻R38，二极管DJ的阳极与电阻Rf连接后再连接到XTRlOl芯片I的引脚11，电阻Rf的另一端与电阻R26的另一端连接后再连接到XTRlOl芯片I的引脚3，电容Q9与电阻R38并联，XTRlOl芯片I的引脚7分别连接电阻&8、电容C21的阴极、外部负载13的阴极，XTRlOl芯片I的引脚8连接二极管D2Il的阴极，二极管D2Il的另一端连接电容C21的阳极和外部电源12的正极，外部负载13的阳极与外部电源12的负极连接；
所述热电偶4的正负极分别连接XTRlOl芯片I的引脚10和4 ;
所述电路板17设计成圆形并且两面焊接元件，接线端子18焊接在电路板17上，接线端子18共有4个端子且分别连接热电偶4的正负极、外部电源12正极和外部负载13的阴极。
[0007]所述热电偶4为K型、J型、S型或者R型。
[0008]所述调零电位器RPj的最大阻值为100 Ω。
[0009]所述调满电位器RP27的最大阻值为100 Ω。
[0010]所述外部电源12的电压范围为18-32VDC。
[0011]一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构的安装方法，所述方法的具体步骤如下:
Stepl、所述不锈钢筒体14的底部开孔并焊接内螺纹螺杆15，内螺纹螺杆15从电路板17中间的圆孔穿过；
Step2、在隔离板21上开出4个用于安装接线端子18的圆孔，接线端子18的引脚穿过4个圆孔后焊接在电路板17上；开出调零电位器孔22和调满电位器孔23以露出调零电位器RPj和调满电位器RP27的转轴；
Step3、不锈钢筒体14内注有环氧树脂填料16，电路板17连同隔离板21和接线端子18安装在不锈钢筒体14 ；
Step4、不锈钢筒体14的上端有螺纹，可以安装带螺纹的盖子19 ；
St印5、在不锈钢筒体14的上端适当位置开一个圆孔，用于安装防水过线头20。
[0012]本发明的工作原理是:
热电偶4产生与温度成正比的mV电压信号，信号的正极直接连接到XTRlOl芯片I的引脚4，负极通过调零电位器RPj和电阻R26后连接到XTRlOl芯片I的引脚3，电路利用XTRlOl芯片I的引脚10和引脚11输出的两个ImA恒流源，并利用二极管DJ的PN结的恒压作用，通过电阻札2、电阻R26、调零电位器RPj的联合作用，使温度为测量下限值时输出的电流为4mA;XTR101芯片I的引脚5和引脚6连接调满电位器RP27，可以调节信号增益，从而使温度为测量上限值时电路输出电流信号为20mA ;当2mA的电流通过电阻R38时产生一个稳定的电压(约5v)，电容Q9作滤波用，二极管D2Il用于防止电源极性接反时烧坏电路，电容C21用于输出信号的滤波。
[0013]对于不同的热电偶传感器，由于其输出mV电压信号差别较大，为了使各种传感器得以兼顾，可选取适当的电阻Rf和电阻R26，以及选取适当的调零电位器RPj和调满电位器RP27，最后通过调节调零电位器RPj和调满电位器RP27的电阻值，以适应不同的热电偶传感器和不同的温度测量范围。
[0014]本发明的有益效果是:
1、节省了热电偶系统补偿导线或延长线的投资，只需两根普通导线供电和信号输出，这对于有众多测温点的场合可以大大节省布线投入；
2、温度信号通过4-20mA直流信号进行传输，比传递微弱的热电势的补偿导线或连接线具有更强的抗干扰能力；
3、电路板用环氧树脂封装在不锈钢筒体内，体积小巧紧凑，适应多种生产现场环境，具有防水、防尘功能；
4、变送器盒体采用不锈钢材料，抗机械撞击和抗腐蚀能力强；
5、变送器与热电偶传感器为分离式安装，有利于避开高温、潮湿、强腐蚀性的环境，便于与计算机控制系统、控制仪表等连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的电路原理图；
图2是本发明中安装内部结构图；
图3是本发明中未安装盖子的安装俯视图；
图中各标号为=1-XTRlOl芯片，2-电阻R1, 3-二极管D1,4-热电偶，5-调零电位器RP1,6-电阻R2, 7-调满电位器RP2,8-电阻R3,9-电容C1,10-电容C2，11-二极管D2,12-外部电源，13-外部负载，14-不锈钢筒体，15-内螺纹螺杆，16-环氧树脂填料，17-电路板，18-接线端子，19-盖子，20-防水过线头，21-隔离板，22-调零电位器孔，23-调满电位器孔。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
[0017]实施例1:如图1-3所示，一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，包括XTRlOl芯片1、电阻Rf、二极管DJ、热电偶4、调零电位器RPj、电阻R26、调满电位器RP27、电阻R38、电容Q9、电容C210、二极管D2IU外部电源12、外部负载13、电路板17、接线端子18 ；
所述XTRlOl芯片1、电阻Rf、二极管DJ、调零电位器RP#、电阻R26、调满电位器RP27、电阻R38、电容Q9、电容C210、二极管D2IU外部电源12、外部负载13 ;其中XTRlOl芯片I的引脚5、6连接调满电位器RP27，调零电位器RPj的一端连接XTRlOl芯片I的引脚10，调零电位器RPj的另一端连接二极管DJ、电阻R26、电阻R38，二极管DJ的阳极与电阻Rf连接后再连接到XTRlOl芯片I的引脚11，电阻Rf的另一端与电阻R26的另一端连接后再连接到XTRlOl芯片I的引脚3，电容Q9与电阻R38并联，XTRlOl芯片I的引脚7分别连接电阻&8、电容C21的阴极、外部负载13的阴极，XTRlOl芯片I的引脚8连接二极管D2Il的阴极，二极管D2Il的另一端连接电容C21的阳极和外部电源12的正极，外部负载13的阳极与外部电源12的负极连接；
所述热电偶4的正负极分别连接XTRlOl芯片I的引脚10和4 ;
所述电路板17设计成圆形并且两面焊接元件，接线端子18焊接在电路板17上，接线端子18共有4个端子且分别连接热电偶4的正负极、外部电源12正极和外部负载13的阴极。
[0018]所述热电偶4为K型。
[0019]所述调零电位器RPj的最大阻值为100 Ω。
[0020]所述调满电位器RP27的最大阻值为100 Ω。
[0021]所述外部电源12的电压范围为18-32VDC。
[0022]一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构的安装方法，所述方法的具体步骤如下:
Stepl、所述不锈钢筒体14的底部开孔并焊接内螺纹螺杆15，内螺纹螺杆15从电路板17中间的圆孔穿过；
Step2、在隔离板21上开出4个用于安装接线端子18的圆孔，接线端子18的引脚穿过4个圆孔后焊接在电路板17上；开出调零电位器孔22和调满电位器孔23以露出调零电位器RPj和调满电位器RP27的转轴；
Step3、不锈钢筒体14内注有环氧树脂填料16，电路板17连同隔离板21和接线端子18安装在不锈钢筒体14 ；
Step4、不锈钢筒体14的上端有螺纹，可以安装带螺纹的盖子19 ；
St印5、在不锈钢筒体14的上端适当位置开一个圆孔，用于安装防水过线头20。
[0023]具体参数设计如下:
用于K型热电偶的信号变送，温度测量范围为0-8000C，电源电压为18-32VDC，输出电流信号为4_20mA,外部负载电阻小于550 Ω。
[0024]为了满足上述要求，本发明的主要元件规格型号选择为:XTR101芯片I的型号为S0L-16封装，电阻Rf的阻值为2kQ，二极管DJ的型号为1N4001，调零电位器RPj的设定值为14.9 Ω，电阻R26的阻值为51 Ω，调满电位器RP27的设定值为86 Ω，电阻R38的阻值为
2.5k Ω，电容Q9为0.01 μ，电容C21为0.01 μ，二极管D2Il的型号为1Ν4002，不锈钢筒体14的规格为Φ 50x50，内螺纹螺杆15的规格为Μ4Χ15，电路板17的直径为Φ 38，接线端子18的规格为3.81mm,防水过线头20的规格为M12*l.5，隔离板21的直径为Φ44。
[0025]实施例2:如图1-3所示，与实施例1基本相同，不同之处在于所述热电偶4为J型。
[0026]具体参数设计如下:
用于J型热电偶的信号变送，温度测量范围为-100-100°C，电源电压为18-32VDC，输出电流信号为4_20mA,外部负载电阻小于550 Ω。
[0027]为满足上述要求，本发明的主要元件规格型号选择为:XTR101芯片I的型号为S0L-16封装，电阻Rf的阻值为2k Ω，二极管DJ的型号为1N4001，调零电位器RPj的设定值为19.53 Ω，电阻R26的阻值为51 Ω，调满电位器RP27的设定值为24.98 Ω，电阻R38的阻值为2.5kQ，电容Q9为0.01 μ，电容C21为0.01 μ，二极管D2Il的型号为1Ν4002，不锈钢筒体14的规格为Φ50x50，内螺纹螺杆15的规格为Μ4Χ15，电路板17的直径为Φ38，接线端子18的规格为3.81mm,防水过线头20的规格为M12*l.5，隔离板21的直径为Φ44。
[0028]实施例3:如图1-3所示，与实施例1基本相同，不同之处在于所述热电偶4为S型。
[0029]具体参数设计如下:
用于S型热电偶的信号变送，温度测量范围为0-1200°C，电源电压为18-32VDC，输出电流信号为4_20mA,外部负载电阻小于350 Ω。
[0030]为适应上述要求，本发明的各种主要元件规格型号选择为:XTR101芯片I型号为S0L-16封装，电阻Rf的阻值为2kQ，二极管DJ的型号为1N4001，调零电位器RPj的设定值为14.9 Ω，电阻R26的阻值为51 Ω，调满电位器RP27的设定值为128.3 Ω，电阻R38的阻值为2.5kQ，电容Q9为0.01 μ，电容C21为0.01 μ，二极管D2Il的型号为1Ν4002，不锈钢筒体14的规格为Φ50χ45，内螺纹螺杆15的规格为Μ4Χ15，电路板17的直径为Φ40，接线端子18规格为3.81mm,防水过线头20规格为M12*l.5，隔离板21直径为Φ44。
[0031]实施例4:如图1-3所示，与实施例1基本相同，不同之处在于所述热电偶4为R型。
[0032]具体参数设计如下:
用于R型热电偶的信号变送，温度测量范围为300-1600°C，电源电压为18-32VDC，输出电流信号为4_20mA,外部负载电阻小于350 Ω。
[0033]为适应上述要求，本发明的主要元件规格型号选择为:XTR101芯片I型号为S0L-16封装，电阻Rf的阻值为2kQ，二极管DJ的型号为1N4001，调零电位器RPj的设定值为12.5 Ω，电阻R26的阻值为51 Ω，调满电位器RP27的设定值为41.81 Ω，电阻R38的阻值为2.5kQ，电容Q9为0.01 μ，电容C21为0.01 μ，二极管D2Il的型号为1Ν4002，不锈钢筒体14的规格为Φ50χ45，内螺纹螺杆15的规格为Μ4Χ15，电路板17的直径为Φ40，接线端子18规格为3.81mm,防水过线头20规格为M12*l.5，隔离板21直径为Φ44。
[0034]上面结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，其特征在于:包括XTRlOl芯片(I)、电PlR1 (2)、二极管D1 (3)、热电偶(4)、调零电位器RP1 (5)、电阻R2 (6)、调满电位器RP2 (7)、电阻R3 (8)、电容C1 (9)、电容C2 (10)、二极管D2 (11)、外部电源(12)、外部负载(13)、电路板(17)、接线端子(18)； 所述XTRlOl芯片(I)的引脚5、6连接调满电位器RP2 (7)，调零电位器RP1 (5)的一端连接XTRlOl芯片(I)的引脚10，调零电位器RPi (5)的另一端连接二极管D1 (3)、电阻R2(6)、电阻R3 (8)，二极管D1 (3)的阳极与电阻R1 (2)连接后再连接到XTRlOl芯片(I)的引脚11，电阻R1 (2)的另一端与电阻民(6)的另一端连接后再连接到XTRlOl芯片(I)的引脚3，电容C1 (9)与电阻R3 (8)并联，XTRlOl芯片(I)的引脚7分别连接电阻R3 (8)、电容。2 (10)的阴极、外部负载(13)的阴极，XTRlOl芯片(I)的引脚8连接二极管D2 (11)的阴极，二极管D2 (11)的另一端连接电容C2 (10)的阳极和外部电源(12)的正极，外部负载(13)的阳极与外部电源(12)的负极连接； 所述热电偶(4)的正负极分别连接XTRlOl芯片(I)的引脚10和4 ; 所述电路板(17)设计成圆形并且两面焊接元件，接线端子(18)焊接在电路板(17)上，接线端子(18)共有4个端子且分别连接热电偶(4)的正负极、外部电源(12)正极和外部负载(13)的阴极。
2.根据权利要求1所述的袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，其特征在于:所述热电偶(4)为K型、J型、S型或者R型。
3.根据权利要求1或2所述的袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，其特征在于:所述调零电位器RP1 (5)的最大阻值为100 Ω。
4.根据权利要求1或2所述的袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，其特征在于:所述调满电位器RP2 (7)的最大阻值为100Ω。
5.根据权利要求1或2所述的袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构，其特征在于:所述外部电源(12)的电压范围为18-32VDC。
6.一种袖珍型两线制热电偶变送器的电路结构的安装方法，其特征在于:所述方法的具体步骤如下: Stepl、所述不锈钢筒体(14)的底部开孔并焊接内螺纹螺杆(15)，内螺纹螺杆(15)从电路板(17)中间的圆孔穿过； Step2、在隔离板(21)上开出4个用于安装接线端子(18)的圆孔，接线端子(18)的引脚穿过4个圆孔后焊接在电路板(17)上；开出调零电位器孔(22)和调满电位器孔(23)以露出调零电位器RP1 (5)和调满电位器RP2 (7)的转轴； St印3、不锈钢筒体(14)内注有环氧树脂填料(16)，电路板(17)连同隔离板(21)和接线端子(18)安装在不锈钢筒体(14)； St印4、不锈钢筒体(14)的上端有螺纹，可以安装带螺纹的盖子(19)； St印5、在不锈钢筒体(14)的上端适当位置开一个圆孔，用于安装防水过线头(20)。
【文档编号】G01D5/14GK104280052SQ201410477165
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】黄宋魏, 葛鹏, 于桂明, 夏正一, 童雄, 和丽芳 申请人:昆明理工大学