传统变送器的hart改造23【v锥流量计相关变送器】传统变送器的hart改造
典型hart智能仪表的电路组成一般包括电源模块、传感器接口电路、a/d转换电路、mcu、d/a输出电路和hart通信电路等，如图1所示。
图1 hart智能仪表电路结构示意图
电源模块的功能是将环路24v电压转换为仪表各部分工作所需要的供电电压；传感器接口用于向传感器提供激励，并将传感器的输出信号引入到a/d转换器的模拟输入接口；a/d转换部分将此模拟信号转换为数字量供mcu使用；存储器中可以存放各种组态信息、特征化数据等；d/a输出部分完成电压到环路电流的转换；hart通信模块用于hart协议物理层的实现；单片机（mcu）则是整个智能仪表的核心，具有协调其余部分的运行，完成运算、hart数据链路层、hart应用层等功能。
一个完整的工作过程通常为：首先将传感器输入的模拟信号转换为微处理器可以处理的数字信号；根据此数字信号和生产过程中获得的组态信息、特征化数据等，计算出相应的过程变量和以数字表示的模拟输出量；再经过d/a变换，将此模拟量输出到4~20ma回路上。从这个工作过程可以看出，影响hart变送器精度的两个关键部分分别是a/d转换和d/a转换。
下面以常用的1151压力变送器举例说明应该如何选择合适的a/d和d/a转换芯片。假设要求仪表的数字精度达到0.1％、量程压缩比优于6∶1，那么a/d转换芯片的精度至少要达到0.017%f.s(全量程)。实际上，考虑到分辨率至少要有所需精度4倍的裕量，所以，a/d的分辨率应该达到0.017％f.s，这就要求15位以上的分辨率。常用于智能变送器的低功耗a/d转换器包括ad7715、max1400、ltc2415等，这些a/d转换器的特点是分辨率高、功耗低，内部集成了可编程增益放大器。
hart变送器还有一个很重要的部分就是电流输出。对电流源的要求包括输出精度和温度稳定性。4~20ma输出的变送器其报警电流通常设计为小于3.9ma（低报警模式）或者大于21ma（高报警模式），以区别正常工作状态和异常工作状态（报警状态时，电流值取决于选择的报警设置而不是当前的实际压力值）。考虑到裕量，其有效电流输出范围至少为20ma。如果我们选择分辨率为12位的d/a，可以容易地计算出其分辨率为4.9 （即d/a输出位的变化影响量为49 ），这样的分辨率在某些应用上是不允许的。为了保证足够的分辨率，通常应该选择分辨率不小于14位的d/a转换器。
通常采用以下两种方式之一实现可控电流输出控制：一种是使用d/a转换芯片输出希望的电压，然后使用模拟电路以此电压信号控制回路电流的输出；另一种是采用集成的电流输出控制芯片，如ad21等。如果选择种方式，由于在进行电压/电流转换过程中需要利用一些分立的电阻、电容等器件，所以其可靠性较低。这些分立电阻、电容等器件的温度漂移也将直接影响回路电流的输出。采用集成的电流输出控制芯片则可以达到非常高的电流精度，温度漂移也比较小。
现在市场上出现了一些低成本的hart协议智能板，在使用这些智能板构成的变送器测试时发现存在着许多问题，比较突出的有以下几个方面：
①【。由于方波在传输过程中容易受到干扰，也容易对与其连接的其它设备造成干扰，因此不能可靠通信。并且板卡的通信阻抗、噪声灵敏度和通信载波等指标一般达不到hart物理层协议规定的标准，所以不能通过hart通信物理层的测试。如果将多个仪表接入同一个电流回路中，有可能导致从设备和主设备等设备之间相互干扰而不能正常通信。
②智能板卡只能对第二主设备响应，不支持主设备。这意味着这些仪表只能对手持器进行响应，而不能和通常作为主设备的计算机或控制室设备正常通信，数据链路层不能通过hart基金会测试。如果采用这些板卡生产的仪表组网，则由于其在数据链路层和物理层不符合hart协议的要求，所以存在通信不可靠等危险。
③为了降低智能板卡成本，采用了12位的d/a和模拟电路方式，其电流输出的精度和温度稳定性往往不能得到很好的保证。
目前每个厂家单独开发智能板卡在经济上和时间上都不具备优势，所以大都采取合作的方式共同生产。此时hart板卡的质量、售后服务等对变送器的可靠性尤为重要。如果只考虑到眼前的价格因素而忽略板卡质量，这对于仪表厂商往往是得不偿失的。因此，在对传统的模拟仪表进行hart改造时，一定要根据自己的需求，综合考虑性能、成本等因素，选择合适的智能板卡。