CN102252701A - 基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器。其特征在于所述的机芯轴一端穿过机械仪表刻度盘连接机械仪表指针，机芯轴另一端的末端设置有磁钢安装铜套，磁钢安装铜套内配合设置磁钢；在磁钢安装铜套下方配合设置磁性角度编码器灌封铝盒，磁性角度编码器灌封铝盒内设置有磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路和电源电路，磁钢角度检测电路内的磁性角度编码器设置在磁性角度编码器灌封铝盒的表面，磁性角度编码器与磁钢的间距设置为0.8mm-1.5mm。本发明采用磁性角度编码器与机芯轴非接触的方式，减少了机芯轴旋转的阻力，增加了机械温控仪的指示精度，具有安装方便，调试简单，性能稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器。
背景技术
现有的机械温控仪输出4mA-20mA电流的变化都是通过机械电位器旋转改变电阻再通过信号转换装置，将信号输入电子数显仪进行匹配。使用机械电位器就造成了机械温控仪中机芯轴必须带动机械电位器调节端运动，使得机械指针旋转中具有一定的阻力，从而降低机械温控仪的指示精度；机芯轴只能在一定范围内旋转，机械电位器在这个范围内阻值较大，制作材料容易受环境温度影响，所以使得输出的电阻值精度不高，造成机械温控仪与电子数显仪之间同步性较差；而且机械温控仪的机芯轴与机械电位器调节端连接同心度要求比较高,使得安装工艺要求比较高，安装麻烦。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器的技术方案。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，包括机械仪表指针、机械仪表刻度盘、机芯轴、安装架、机械扇齿和机械仪表刻度盘支撑架，其特征在于所述的机芯轴一端穿过机械仪表刻度盘连接机械仪表指针，机芯轴另一端的末端设置有磁钢安装铜套，磁钢安装铜套内配合设置磁钢；在磁钢安装铜套下方配合设置磁性角度编码器灌封铝盒，磁性角度编码器灌封铝盒内设置有磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路和电源电路，磁钢角度检测电路内的磁性角度编码器设置在磁性角度编码器灌封铝盒的表面，磁性角度编码器与磁钢的间距设置为0.8mm-1.5mm。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的磁钢直径为6mm，径向冲磁。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的4-20mA电流输出电路和电源电路通过导线与电子数显仪相连。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的电源电路为磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路供电。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的磁钢角度检测电路采用AS5043芯片。
所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的4-20mA电流输出电路采用XTR115UA芯片。
本发明采用磁性角度编码器与机芯轴非接触的方式，减少了机芯轴旋转的阻力，增加了机械温控仪的指示精度；磁性角度编码器在全温范围精度为±0.9度，这就大大提高了检测精度,保证了机械温控仪与电子数显仪同步性温度显示；只需在机械温控仪的机械机芯轴下安装一铜套，铜套内安装一颗直径为6mm、径向冲磁的磁钢即可，磁性角度编码器安装在磁钢下0.8mm-1.5mm处，检测磁钢N-S极的旋转角度；4mA-20mA电流的变化输出采用专用芯片XTR115UA,提高了电子数显仪显示的稳定性；本发明还具有安装方便，调试简单，性能稳定等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明磁钢角度检测电路的结构示意图；
图3为本发明4-20mA电流输出电路的结构示意图；
图4为本发明电源电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
本发明利用磁性角度编码器，检测相应磁钢N-S极旋转角度，通过芯片内部解码电路产生电压变化，运用角度编码器的电压变化通过运放电路或者电压转电流芯片产生0-25mA的可变恒流源。
本发明包括机械仪表指针1、机械仪表刻度盘2、机芯轴3、安装架9、机械扇齿10和机械仪表刻度盘支撑架11，机芯轴3一端穿过机械仪表刻度盘2连接机械仪表指针1，机芯轴3另一端的末端设置有磁钢安装铜套4，磁钢安装铜套4内配合设置磁钢，磁钢直径为6mm，径向冲磁；在磁钢安装铜套4下方配合设置磁性角度编码器灌封铝盒6，磁性角度编码器灌封铝盒6内设置有磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路和电源电路，磁钢角度检测电路采用AS5043磁性角度编码芯片，其自带解码功能，4-20mA电流输出电路采用XTR115UA芯片，其内部运算的放大倍数设置为100倍，电源电路为磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路供电，4-20mA电流输出电路和电源电路通过导线7与电子数显仪8相连；磁钢角度检测电路内的磁性角度编码器5设置在磁性角度编码器灌封铝盒6的表面，磁性角度编码器5与磁钢的间距设置为0.8mm-1.5mm。
各个部件的作用：
机械仪表指针1：指示刻度盘上的数据；
机械仪表刻度盘2：显示机械刻度；
机芯轴3：连接仪表指针及磁钢安装铜套，带动指针及磁钢旋转，同时保证指针及磁钢在同一直线上，即保证同心度；
磁钢安装铜套4：固定磁钢用，并确保磁钢与机芯轴处于同心圆中；
磁性角度编码器5：监控磁钢旋转，磁钢旋转即可改变磁性角度编码器内部数据；
磁性角度编码器灌封铝盒6：安装本发明电路；
导线7：4-20mA电流或者0-5V电压输出引线及电源线；
电子数显仪8：电子显示机械仪表盘上的数据；
安装架9：确保机芯轴与机械仪表指针、磁钢及磁性角度编码器灌封铝盒的同心度；
机械扇齿10：带动机械机芯轴旋转；
机械仪表刻度盘支撑架11：安装刻度盘用。
工作时，外界动力设备推动机械扇齿10带动机芯轴3运动，机芯轴3运动带动机械仪表指针1及磁钢同时运动，通过磁性角度编码器5来感应磁钢N-S极旋转的角度数据，进行芯片内部解码，得到一个0-5V电压，再经4-20mA电流输出电路得到一个0-25mA的可变恒流源，将4-20mA的电流输入到电子数显仪8中，即可得到机械温控仪上机械仪表指针1指示的数据。
具体地，将直径为6mm的径向充磁的磁钢装夹在机芯轴上磁钢安装铜套内，由机芯轴的转动来改变磁钢N-S极的变化角度，通过磁钢角度检测电路来检测N-S极的角度大小。
磁钢角度检测电路主要功能是利用芯片AS5043磁性角度编码器来感应磁钢N-S极旋转的角度；AS5043是一种非接触式磁性角度编码器，可精确测量高达360度的角度范围，可提供一个数字式10位输出以及一个可编程模拟输出，输出量与在芯片上方作旋转运动的磁钢的角度存在正比例关系；本发明中主要用到了模拟量0-5V的输出，通过改变电位器RP的电阻值，改变磁性角度编码器中的运放比例参数，即可改变模拟量0-5V的输出范围或者改变同一角度下输出电压的大小，电压通过OUT_AS端输入到4-20mA电流输出电路中；其中，通过发光二极管D1还可观察磁钢与磁性角度编码器之间安装是否到位，磁钢远离或者太靠近，发光二极管D1都会点亮发光。
4-20mA电流输出电路中VIN为磁钢角度检测电路OUT_AS端输出的电压，经过20K电阻后，输入到XTR115UA内部运放的电流为0-250uA，再经过XTR115UA内部设定的比例运放关系，将输入的0-250uA电流放大100倍，即：Iout=100 × Iin，电路中，BU406为大功率三极管，主要用于降低XTR115UA的功率消耗，保护芯片安全及稳定性。
电源电路采用交直流转换电路，T1变压器采用两组变压器，使得两个直流电源保证不共地使用。交流220V经变压器转换为9V及28V电压，经D1和D2整流滤波后等到10.8V及33.6V直流电。本发明中使用的直流电源需要的是5V及24V，因此电路中采用了78系列的三端稳压器进行稳压。本电源电路可采用市面上现有的开关电源进行替代。
电子数显仪为市面上现有的，可通过4-20mA电流来显示相应数据的电子显示仪。
本发明采用磁性角度编码器与机芯轴非接触的方式，减少了机芯轴旋转的阻力，增加了机械温控仪的指示精度；磁性角度编码器在全温范围精度为±0.9度，这就大大提高了检测精度,保证了机械温控仪与电子数显仪同步性温度显示；只需在机械温控仪的机械机芯轴下安装一铜套，铜套内安装一颗直径为6mm、径向冲磁的磁钢即可，磁性角度编码器安装在磁钢下0.8mm-1.5mm处，检测磁钢N-S极的旋转角度；4mA-20mA电流的变化输出采用专用芯片XTR115UA,提高了电子数显仪显示的稳定性；本发明还具有安装方便，调试简单，性能稳定等优点。
Claims (6)
1.基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，包括机械仪表指针、机械仪表刻度盘、机芯轴、安装架、机械扇齿和机械仪表刻度盘支撑架，其特征在于所述的机芯轴一端穿过机械仪表刻度盘连接机械仪表指针，机芯轴另一端的末端设置有磁钢安装铜套，磁钢安装铜套内配合设置磁钢；在磁钢安装铜套下方配合设置磁性角度编码器灌封铝盒，磁性角度编码器灌封铝盒内设置有磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路和电源电路，磁钢角度检测电路内的磁性角度编码器设置在磁性角度编码器灌封铝盒的表面，磁性角度编码器与磁钢的间距设置为0.8mm-1.5mm。
2.根据权利要求1所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的磁钢直径为6mm，径向冲磁。
3.根据权利要求1所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的4-20mA电流输出电路和电源电路通过导线与电子数显仪相连。
4.根据权利要求1所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的电源电路为磁钢角度检测电路、4-20mA电流输出电路供电。
5.根据权利要求1所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的磁钢角度检测电路采用AS5043芯片。
6.根据权利要求1所述的基于磁性角度编码器的4mA-20mA信号发生器，其特征在于所述的4-20mA电流输出电路采用XTR115UA芯片。
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