基于ＸＴＲ１０５的低成本两线制通用压力变送器设计方案

罗天祥　黄　敏

摘要：文章介绍了一种基于XTR105芯片的两线制压力变送器设计制造方案，它具有硬件电路简单、可靠性高、配置灵活、通用性强的特点，有突出的性价比优势，可广泛应用于对水、油、气等介质的压力测量。目前，该产品已成功安装在三峡工程84拌和系统氨冷车间的XKT5-B系列电气控制箱中，实现了对氨气压力的自动化测量与控制，确保了出厂混凝土的温控质量。

关键词：压力变送器；两线制；电流变送器；测力传感器；桥传感器

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0077-02

一、方案设计背景

举世瞩目的三峡工程已经进入到了尾期工程阶段，地下电站及送出工程和升船机的浇筑等高强度的施工作业都对拌和系统出厂的混凝土的质量提出了较高的要求。为了保证84拌和系统混凝土生产线的高质量稳定运行，保证出厂混凝土的质量，确保工程建设顺利进行，中国长江三峡工程开发总公司工程管理部委托宜昌市计量检定测试所对84拌和系统生产线上的计量仪器仪表进行检定检测。部分不合格的压力变送器由于年代久且长时间处于氨环境铭牌被腐蚀，无法识别型号联系原厂更换。为了不影响生产，本着经济合理的原则，我们决定就近联合某电气公司重新进行设计制造。笔者作为拌和系统计量检定工作主要负责人，有幸参与了该方案的设计开发工作。

随着电子电路的快速发展，压力变送器从分离元件发展到集成电路，从四线制发展到两线制。目前，使用单位对性能、成本、通用性又提出了较高的要求。对此笔者提出采用单芯片XTR105替代原产品所用的XTR101复杂芯片，通过巧妙设计、灵活改变外围电路的方法来满足高性能、低成本、通用性的市场需求。以下将以对84拌和系统氨冷车间XKT5-B系列电气控制箱中的压力变送器的改造设计为例，阐述一种基于XTR105芯片的两线制压力变送器的设计制造方法和实现方案。

二、XTR105芯片原理

XTR105精密电流变送器，可把传感器的电压信号自动地变换成标准电流信号。内含一个高精度的仪表放大器、一个电压/电流变换器和二个相同的0.8mA精密恒流源基准。该电路失调电压低，最大为50μV，漂移小，最大为0.4μV/℃，外接元件可适于远程信号传输变换和热电偶、电阻温度计（RTD）、热敏电阻以及应变计电桥等多种工作状态的变送器电路。实际应用时，应在输出端外加一个功率管，使工作时的热源外移，以保证其工作稳定性。

XTR105引脚图如图1所示。传感器的电压信号由13、2脚输入，3、4脚外接电阻RS可以调节输出满幅值，1、14脚分别输出二个0.8mA恒流源，可用于传感器供电，10脚接电源正端（且是环流注入端），7脚通过负载电阻RL接电源负端（也是环流信号输出端），8、9可外接功率管。

XTR105两线制变送器的优点是抗干扰能力很强，长期运转导致的压降、电机噪音、继电器、电力拖动装置、电器开关、电流互感器和工作设备电源的频繁切换启动均无影响。它的工作温度范围宽，为-40℃～+85℃。

因此，XTR105常常作为OEM产品被变送器或数据采集系统制造者所选用。

三、通用压力变送器

测力传感器常常采用由四个应变电阻组成的惠斯通电桥进行测量。桥臂电阻阻值在外力作用下发生与外力成线性比例的阻值变化。通过将阻值变化调理为电流变化，便实现了力的机械量到电学量的转化。有了电学量也就能实现自动化的监测功能了。

通常采用的传感器有陶瓷电阻、扩散硅等。由于XTR105能提供给应变电桥的激励源的电压、电流都不可能很大，桥传感器内阻不同外围电路也不同。如下图2所示，该图给出了XTR105外接桥式压力传感器的基本电路。基本电路的电源1、14，调节电阻RG和RCM都需要根据具体电路计算后在选购不同的元件进行制作生产。因此，这种电路结构不具备通用性。

为满足通用性、低成本、高精度、高稳定性的要求。笔者结合XTR105芯片的特点设计了通用变送器图，如图3所示。该图R6为传感器接口可以接入多种力传感器。通过外围跳线JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP6可实现多种组合。该电路以XTR105为核心，外围器件少，制作生产成本低，而且XTR105本身具备高稳定性因而保证了其压力变送器成品的品质。具体外围组合表如下：

四、XTR105压力变送器试验

笔者采用扩散硅0-1.0Mpa传感器一只，二等活塞压力计（0.1-6Mpa）一台，XTR105成型电路板一套，精度等级0.02级直流电流表一只，DC24V直流稳压源（±1%FS）一块。根据图3和组合表1连接好电路，将扩散硅传感器垂直安装到二等活塞压力计上，在电源回路串入电流表并接通DC24V电源。在温度为20℃湿度为65%的环境条件下测量数据见表2：

由上表分析，由XTR105制作的压力变送器精度达0.2级，符合84拌和系统氨冷车间XKT5-B系列电气控制箱中所需高精度仪表的要求。

五、结语

笔者通过充分利用XTR105芯片电流变送器的特点，巧妙组合使其成为一款成本低廉的通用型压力变送器。现在，84拌和系统在三峡工程建设中正发挥着重大作用，而其中氨冷车间的XKT5-B系列电气控制箱中所安装使用的此款压力变送器，运行稳定，实现了对氨气压力的自动化测量与控制，确保了出厂混凝土的温控质量，为高质高效建设三峡工程提供了技术保证。

参考文献

[1]1997 Burr-Brown Corporation XTR 105．

[2]颜重光．XTR101通用变送器[M]．电子工业出版社，2006.

[3]杜水友．压力测量技术及仪表[M]．机械工业出版社，2005.

[4]任致程．传感器变送器智能数显控制器应用手册[M]．中国电力，2007．

[5]JJG882-2004压力变送器．国家质检总局，2004．