專利名稱：低功耗兩線制4～20mA輸出壓力變送器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種壓力變送器電路，具體涉及一種低功耗兩線制4 20mA輸出 壓力變送器電路。適用于野外無市電供應(yīng)的壓力變送器控制系統(tǒng)和便攜式或手持式壓力儀表。
背景技術(shù)：
目前，通用的壓力變送器所需供電范圍為15 30VDC，標(biāo)準(zhǔn)供電為24VDC，而工 業(yè)自動化控制中有時壓力變送器需安裝在野外，在無市電供應(yīng)的情況下要實現(xiàn)24VDC供 電顯然是極其困難的，在此情形下只能選擇蓄電池供電，工業(yè)用蓄電池的電壓一般為9 12VDC，通用的壓力變送器電路在此供電電壓下不能正常工作，或者僅能正常工作很短的一 段時間后就因為電池電壓的下降而不能正常工作。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供具有4 15VDC 工作電源范圍、測量精度高的低功耗兩線制4 20mA輸出壓力變送器電路。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該低功耗兩線制4 20mA輸出 壓力變送器電路包括恒流源電路、基準(zhǔn)電壓源、信號處理單元、反向和過壓保護，其特征在 于設(shè)置零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路、v/ 轉(zhuǎn)換電路，外部4 15VDC電源連接反向和過壓 保護，反向和過壓保護連接基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源與恒流源電路相連，恒流源電路連接傳 感器，為傳感器提供恒定工作電流，傳感器與信號處理單元連接，使信號進入信號單元處理 得到標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，信號處理單元分別與零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路和V/I轉(zhuǎn)換電路連 接，通過零位和滿度調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)作用，最后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換電路得到4 20mA電流，電源 4 15VDC與V/I轉(zhuǎn)換電路相連，基準(zhǔn)電壓源還與信號處理單元相連，提供工作電壓。零位調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U2B、電阻R5 R7、調(diào)零電位器W1，電阻R5的一端 接電阻R1、R2，R5的另一端接調(diào)零電位器Wl的一端，調(diào)零電位器Wl的另一端接電阻R6的 一端，電阻R6的另一端接地，調(diào)零電位器Wl的滑動端接電阻R7的一端，電阻R7的另一端 接運算放大器U2B的6腳，通過調(diào)節(jié)調(diào)零電位器Wl使零位輸出為4mA。其中運算放大器采 用微功耗雙運算放大器TLC2252和低功耗雙運算放大器0PA2342。滿度調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U2B、運算放大器U3A、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電 阻Rll和調(diào)滿度電位器W2，運算放大器U2B的6腳接電阻R8、R11和電阻R8的另一端接運 算放大器U2B的7腳，調(diào)滿度電位器W2的一端和滑動端短接并接電阻Rll的另一端，調(diào)滿 度電位器W2的另一端接電阻R9、RlO和電阻R9的兩端分別接運算放大器U2B的7腳和運 算放大器U3A的2腳，電阻RlO的兩端分別接運算放大器U3A的1腳和2腳，通過調(diào)滿度電 位器W2使?jié)M度輸出為20mA。其中運算放大器采用低功耗雙運算放大器0PA2342。V/I轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器U3B、三極管Q1、穩(wěn)壓二極管D3、電阻R13、電阻R14、 電阻R15、電阻R16、電阻R17、電容C6和電容C7，電阻R13的兩端分別接運算放大器U3B的5腳和電源負(fù)lout，電阻R14的兩端分別接運算放大器U3B的6腳和地，電阻R15的兩端分 別接運算放大器U3B的7腳和三極管Ql的基極，電阻R16的兩端分別接地線和電源負(fù)極 lout,電阻R17的兩端分別接地線和三極管Ql的發(fā)射極，穩(wěn)壓二極管D3的正極接地線，穩(wěn) 壓二極管D3的負(fù)極接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接基準(zhǔn)電壓源芯片Ul的2腳， 將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號。所述恒流源電路主要由運算放大器、電阻和穩(wěn)壓二極管組成，其作用是提供傳感 器工作需要的恒定電流，其中運算放大器采用微功耗雙運算放大器TLC2252，穩(wěn)壓二極管采 用LM385-1. 2V穩(wěn)壓二極管。所述反向和過壓保護采用二極管1N4148和穩(wěn)壓管SMBJ16A，基準(zhǔn)電壓源提供運算 放大器工作所需的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓源采用REF196芯片，此芯片可提供3. 3VDC基準(zhǔn)電壓。所述信號處理單元主要由運算放大器、電阻和電容組成，作用是將傳感器得到的 毫伏級電壓信號轉(zhuǎn)換為伏級電壓信號，其中運算放大器采用微功耗雙運算放大器TLC2252 和低功耗雙運算放大器0PA2342。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的低功耗兩線制4 20mA輸出壓力變送器電路所具 有的有益效果是電路采用分立元件代替集成電路，既降低了成本，又增加了對電源的適應(yīng) 能力，基于此電路的壓力變送器供電可低至4VDC，在4 15VDC范圍內(nèi)均可正常工作，精度 可達到0. 5 %以內(nèi)，特別適合于野外無市電供應(yīng)的壓力變送器控制系統(tǒng)和便攜式或手持式 壓力儀表，將壓力傳感器的信號調(diào)理轉(zhuǎn)換成4 20mADC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號傳送給后續(xù)模擬量輸 入電路，從而完成工業(yè)過程壓力自動化控制。

圖1是本實用新型電路原理方框圖。圖2是本實用新型電路原理圖。其中Ul為REF196基準(zhǔn)電壓源U2A、U2B為TLC2252雙運算放大器U3A、U3B為 0PA2342雙運算放大器R1-R17電阻C1-C7電容Wl調(diào)零電位器W2調(diào)滿度電位器Ql三極管 Dl 二極管D2-D4穩(wěn)壓二極管圖1 2是本實用新型的最佳實施例，
以下結(jié)合附圖1 2對本實用新型做進一 步說明
具體實施方式
參照附圖1 2 本實用新型主要由基準(zhǔn)電壓源、恒流源電路、信號處理單元、零位 調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路、V/I轉(zhuǎn)換電路，反向和過壓保護電路組成。設(shè)置零位調(diào)節(jié)電路、滿 度調(diào)節(jié)電路、V/I轉(zhuǎn)換電路，外部4 15VDC電源連接反向和過壓保護，反向和過壓保護連 接基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源與恒流源電路相連，恒流源電路連接傳感器，傳感器與信號處理 單元連接，信號處理單元分別與零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路和V/I轉(zhuǎn)換電路連接得到4 20mA,電源4 15VDC與V/I轉(zhuǎn)換電路相連，基準(zhǔn)電壓源還與信號處理單元相連。基準(zhǔn)電 壓源采用REF196芯片，此芯片可提供3. 3VDC基準(zhǔn)電壓，恒流源電路由運算放大器U2A、電 阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、穩(wěn)壓二極管D4構(gòu)成，恒流源電路為傳感器提供恒定工作電流；信號處理單元主要由運算放大器、電阻和電容組成，作用是將傳感器得到的毫伏級電壓 信號轉(zhuǎn)換為伏級電壓信號，其中運算放大器采用微功耗雙運算放大器TLC2252和低功耗雙 運算放大器0PA2342 ；零位調(diào)節(jié)電路由運算放大器U2B、電阻R5、電阻R6、電阻R7、調(diào)零電位 器Wl構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使零位輸出為4mA ；滿度調(diào)節(jié)電路由運算放大器U2B、運算 放大器U3A、電阻R8、電阻R9、電阻RlO、電阻Rl 1、調(diào)滿度電位器W2構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)滿度電 位器使?jié)M度輸出為20mA ;V/I轉(zhuǎn)換電路由運算放大器U3B、三極管Q1、穩(wěn)壓二極管D3、電阻 R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、電容C6、電容C7構(gòu)成，將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流 信號；反向和過壓保護電路為二極管1N4148和穩(wěn)壓管SMBJ16A，二極管1N4148為電源反向 保護，當(dāng)電源電壓反向時，由于二極管的單向?qū)щ娦允沟枚O管處于截止?fàn)顟B(tài)，避高于額定 值上限時，利用穩(wěn)壓管的反向擊穿穩(wěn)壓的原理使供電電壓穩(wěn)定在額定值上，從而免了電源 反向?qū)﹄娐返膿p壞，從而起到反向保護作用，穩(wěn)壓管SMBJ16A為電源過壓保護，當(dāng)電源電壓 起到過壓保護作用。工作過程如下恒流源電路的IN+、IN-分別接傳感器的供電正、負(fù)極，傳感器的輸出信號OUT+、 OUT-分別輸入U3A的3腳、U2B的5腳，傳感器電壓信號經(jīng)過信號處理單元得到標(biāo)準(zhǔn)電壓信 號，電壓信號經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換電路變?yōu)殡娏餍盘?，通過零位調(diào)節(jié)電路中調(diào)零電位器Wl和滿度 調(diào)節(jié)電路中調(diào)滿度電位器W2的調(diào)整使輸出為4 20mA。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非是對本實用新型作其它形式 的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同 變化的等效實施例。但是凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實 質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保 護范圍。
權(quán)利要求低功耗兩線制4～20mA輸出壓力變送器電路包括恒流源電路、基準(zhǔn)電壓源、信號處理單元、反向和過壓保護，其特征在于設(shè)置零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路、V/I轉(zhuǎn)換電路，外部4～15VDC電源連接反向和過壓保護，反向和過壓保護連接基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源與恒流源電路相連，恒流源電路連接傳感器，傳感器與信號處理單元連接，信號處理單元分別與零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路和V/I轉(zhuǎn)換電路連接得到4～20mA電流，電源4～15VDC與V/I轉(zhuǎn)換電路相連，基準(zhǔn)電壓源還與信號處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗兩線制4 20mA輸出壓力變送器電路，其特征在于 零位調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U2B、電阻R5 R7、調(diào)零電位器Wl，電阻R5的一端接電阻Rl、 R2，R5的另一端接調(diào)零電位器Wl的一端，調(diào)零電位器Wl的另一端接電阻R6的一端，電阻 R6的另一端接地，調(diào)零電位器Wl的滑動端接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接運算放大 器U2B的6腳，通過調(diào)節(jié)調(diào)零電位器Wl使零位輸出為4mA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗兩線制4 20mA輸出壓力變送器電路，其特征在于 滿度調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U2B、運算放大器U3A、電阻R8、電阻R9、電阻RlO、電阻Rl 1和 調(diào)滿度電位器W2，運算放大器U2B的6腳接電阻R8、R11和電阻R8的另一端接運算放大器 U2B的7腳，調(diào)滿度電位器W2的一端和滑動端短接并接電阻Rll的另一端，調(diào)滿度電位器W2 的另一端接電阻R9、R10和電阻R9的兩端分別接運算放大器U2B的7腳和運算放大器U3A 的2腳，電阻RlO的兩端分別接運算放大器U3A的1腳和2腳，通過調(diào)滿度電位器W2使?jié)M 度輸出為20mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗兩線制4 20mA輸出壓力變送器電路，其特征在于 V/I轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器U3B、三極管Q1、穩(wěn)壓二極管D3、電阻R13、電阻R14、電阻R15、 電阻R16、電阻R17、電容C6和電容C7，電阻R13的兩端分別接運算放大器U3B的5腳和電 源負(fù)lout，電阻R14的兩端分別接運算放大器U3B的6腳和地，電阻R15的兩端分別接運算 放大器U3B的7腳和三極管Ql的基極，電阻R16的兩端分別接地線和電源負(fù)極lout，電阻 R17的兩端分別接地線和三極管Ql的發(fā)射極，穩(wěn)壓二極管D3的正極接地線，穩(wěn)壓二極管D3 的負(fù)極接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接基準(zhǔn)電壓源芯片Ul的2腳，將電壓信號 轉(zhuǎn)換為電流信號。
專利摘要低功耗兩線制4～20mA輸出壓力變送器電路，適用于野外無市電供應(yīng)的壓力變送器控制系統(tǒng)和便攜式或手持式壓力儀表。包括恒流源電路、基準(zhǔn)電壓源、信號處理單元、反向和過壓保護，其特征在于設(shè)置零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路、V/I轉(zhuǎn)換電路，外部4～15VDC電源連接反向和過壓保護，反向和過壓保護連接基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源與恒流源電路相連，恒流源電路連接傳感器，傳感器與信號處理單元連接，信號處理單元分別與零位調(diào)節(jié)電路、滿度調(diào)節(jié)電路和V/I轉(zhuǎn)換電路連接得到4～20mA電流，電源4～15VDC與V/I轉(zhuǎn)換電路相連，基準(zhǔn)電壓源還與信號處理單元相連。成本低、供電可低至4VDC，精度可達到0.5％以內(nèi)。
文檔編號G01L9/00GK201622146SQ20102013290
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者刁國榮, 周秀成, 王惜方 申請人:淄博飛雁先行測控技術(shù)有限公司