CN103279160A - 一种高精度电流信号调理电路 - Google Patents

Abstract

一种高精度电流信号调理电路，涉及一种电流信号调理电路。本发明解决了现有微安级电流信号到0-10V电压信号调理电路无法满足转化精度和稳定性要求的问题。本发明所述3端接线口CON3连接传感器甩出的微安级电流信号，转换成电阻RG3上的电压U1；第一运算放器UGIA、第二运算放器UGIB、第四运算放器UGID构成差分放大电路，差分放大电路对电压U1进行放大，然后经过第三运算放器UG1C反问放大输出0-10V电压。本发明适用于电流信号转换。

Description

一种高精度电流信号调理电路

技术领域

本发明涉及一种电流信号调理电路。

背景技术

以矿用圆环链闪光焊接为背景，为了实现对设备生产状况进行监测，需要对设备中的冷却水和液压油的温度、变压器的温升、顶锻滑块前后腔压力差等参数的测定。压力传感器输出信号多为4－20mA电流信号，采用通用的4-20mA电流到0-10V电压信号调理电路可以将该信号转换为A/D转换卡或者PLC的输入端所需要的输入信号。为了对温度进行精确测量，一些半导体测温元件如AD5９0或AD592在此种场合得到了广泛的应用。此类测温元件输出为两线制微安级电流信号(温度每变化１K对应电流变化luA)，要将此信号转化成A/D转换卡或者PLC的输入端所需要的是0-１０V的电压信号，现有4－20mA电流到0-10V电压信号调理电路已经无法满足转化精度和稳定性要求。

发明内容

本发明为了解决现有微安级电流信号到0-10V电压信号调理电路无法满足转化精度和稳定性要求的问题，提出了一种高精度电流信号调理电路。

本发明所述一种高精度电流信号调理电路，该电路包括一号二极管、二号二极管、三号二极管、发光二极管、电阻RG1、电阻RG2、电阻RG3、电阻RG4、电阻RG5、电阻RG6、电阻RG7、电阻RG8、电阻RG9、电阻RG１0、电阻RG１１、电阻RG１２、电阻RG１３、电阻RG１４、电阻RG１５、滑动变阻器PG1、动变阻器PG2、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、2端接线口、3端接线口、12V直流电源、3.3V直流电源、电容CG1、电容CG2和电容CG3;

3端接线口的１号端口连接二号二极管的阴极，二号二极管的阳极经电阻RG2连接１2V直流电源，3端接线口的3号端口连接电源地，3端接线口的2号端口连接一号二极管的阳极，一号二极管的阴极经电阻RG1同时连接电容CG1的一端、电阻RG3的一端和电阻RG4的一端，电容CG1的另一端与电阻RG3的另一端相连并连接电源地;电阻RG4的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的正电源端同时连接电容CG2的一端与１2V直流电源的正极，电容CG2的另一端连接电源地;第一运算放大器的反相输入端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的负电源端连接电容CG3的一端和12V直流电源的负极，所述电容CG3的另一端连接电源地;第一运算放大器的输出端经电阻RG5同时连接电阻RG6的一端、电阻RG7的一端和第四运算放大器的反相输入端，所述电阻RG6的另一端同时连接电阻RG7的另一端、第四运算放大器的输出端、发光二极管LG１的阳极、三号二极管DG3的阴极和电阻RG8的一端，发光二极管的阴极同时连接三号二极管DG3的阳极和电阻RG１１的一端，所述电阻RG１１的另一连接电源地;第四运算放大器的同相输入端同时连接电阻RG９的一端和RG10的一端，电阻RG10的另一端连接电源地;电阻RG9的另一端同时连接第二运算放大器的反相输入端和第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的同相输入端连接滑动变阻器PG1的活动端，滑动变阻器PG1的一个固定端经电阻RG14连接3.3V的直流电源，滑动变阻器PG1的另一个固定端经电阻RG15连接电源地;电阻RG8的另一端同时连接第三运算放大器的反相输入端和电阻RG12的一端，电阻RG１2的另一端连接滑动变阻器PG2的一个固定端，滑动变阻器PG2的另一个固定端同时连接2端接线口的１号端口、第三运算放大器的输出端和滑动变阻器PG2的活动端，第三运算放大器的同相输入端经电阻RG１3连接电源地，2端接线口的2号端口连接电源地。

本发明所述一种高精度电流信号调理电路的3端接线口连接传感器甩出的微安级电流信号，转换成电阻RG3上的电压U１；运算放器UGIA、运算放器UGIB、运算放器UGID构成差分放大电路，对电压U１进行放大，然后经过运算放器UG1C反问放大输出0-10V电压，实现微安级电流信号到0-10V电压信号的高精度稳定转换。

附图说明

图1为本发明所述一种高精度电流信号调理电路图;

图2为具体实实施方式二所述一种高精度电流信号调理电路图;

图3为具体实实施方式三所述一种高精度电流信号调理电路图;

图4为具体实施方式四所述的3.3V电源电路图;

图5为具体实施方式四所述的12V电源电路图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图１说明本实施方式，本实施方式所述的一种高精度电流信号调理电路，该电路包括一号二极管DG１、二号二极管DG2、三号二极管DG3、发光二极管LG1、电阻RG1、电阻RG2、电阻RG3、电阻RG4、电阻RG5、电阻RG6、电阻RG7、电阻RG8、电阻RG9、电阻RG１０、电阻RG１１、电阻RG１2、电阻RG１3、电阻RG１4、电阻RG１５、滑动变阻器PG１、动变阻器PG2、第一运算放大器UGIA、第二运算放大器UGIB、第三运算放大器UGIC、第四运算放大器UGID、2端接线口CON2、3端接线口CON3、12V直流电源、3.3V直流电源、电容CG１、电容CG2和电容CG3;

3端接线口CON3的1号端口连接二号二极管DG2的阴极，二号二极管DG2的阳极经电阻RG2连接12V直流电源，3端接线口CON3的3号端口连接电源地，3端接线口CON3的2号端口连接一号二极管DG1的阳极，一号二极管DG1的阴极经电阻RG1同时连接电容CG1的一端、电阻RG3的一端和电阻RG4的一端，电容CG1的另一端与电阻RG3的另一端相连并连接电源地;电阻RG4的另一端连接第一运算放大器UGIA的同相输入端，第一运算放大器UGIA的正电源端同时连接电容CG2的一端与12V直流电源的正极，电容CG2的另一端连接电源地;第一运算放大器UGIA的反相输入端连接第一运算放大器UGIA的输出端，第一运算放大器UGIA的负电源端连接电容CG3的一端和12V直流电源的负极，所述电容CG3的另一端连接电源地;第一运算放大器UGIA的输出端经电阻RG5同时连接电阻RG6的一端、电阻RG7的一端和第四运算放大器UGID的反相输入端，所述电阻RG6的另一端同时连接电阻RG7的另一端、第四运算放大器UGID的输出端、发光二极管LG1的阳极、三号二极管DG3的阴极和电阻RG8的一端，发光二极管LG1的阴极同时连接三号二极管DG3的阳极和电阻RG11的一端，所述电阻RG11的另一连接电源地;第四运算放大器UGID的同相输入端同时连接电阻RG9的一端和RG10的一端，电阻RG10的另一端连接电源地;电阻RG9的另一端同时连接第二运算放大器UGIB的反相输入端和第二运算放大器UGIB的输出端，第二运算放大器UG1B的同相输入端连接滑动变阻器PG1的活动端，滑动变阻器PG1的一个固定端经电阻RG14连接3.3V的直流电源，滑动变阻器PG1的另一个固定端经电阻RG15连接电源地;电阻RG8的另一端同时连接第三运算放大器UGIC的反相输入端和电阻RG12的一端，电阻RG12的另一端连接滑动变阻器PG2的一个固定端，滑动变阻器PG2的另一个固定端同时连接2端接线口CON2的1号端口、第三运算放大器UG1C的输出端和滑动变阻器PG2的活动端，第三运算放大器UG1C的同相输入端经电阻RG13连接电源地，2端接线口CON2的2号端口连接电源地。

本实施方式还带有断线检测功能，当待转换信号前端电路出现故障或者断线时，发光二极管LG1点亮，更容易实现电路的故障判断，同时利用滑动变阻器实现兑点路的微调，本实施方式所述调理电路即可以适应后一级为双极性的A/D转换电路。

本实施方式所述接3端接线口CON3连接传感器甩出的微安级电流信号，转换成电阻RG3上的电压U1;运算放器UGIA、运算放器UG1B、运算放器UGID构成差分放大电路，对电压U1进行放大，然后经过运算放器UG1C反向放大输出0-10V电压;首先当传感器输出最小电流时，对应的输出为0V，通过调节滑动变阻器PG1来调节UGIB的同相输入端口的电压U2，使运算放器UGID的输出端电压U3为0，从而2端接线口CON21号接线口的输出电压U4也为0。当传感器输出20mA电流时，对应的10V电压，通过调节滑动变阻器PG2直至2端接线口CON2的1号接线口的输出电压也为10V。U1、U2、U3、U4的对应关系如下关系式所示:

U1=I×RG3

$U2=3.3\×\frac{\mathrm{PG}1+\mathrm{RG}15}{\mathrm{RG}14+\mathrm{PG}1+\mathrm{RG}15}$

$U3=-(U1-U2)\×\frac{\mathrm{RG}6\×\mathrm{RG}7}{(\mathrm{RG}6+\mathrm{RG}7)\×\mathrm{RG}5}$

式中，PG1为滑动变阻器PG1接入电路的阻值，RG1为电阻RG1的阻值、RG3为电阻RG3的阻值、RG5为电阻RG5的阻值、RG6为电阻RG6的阻值、RG6为电阻RG6的阻值、RG7为电阻RG7的阻值、RG14为电阻RG14的阻值、RG15为电阻RG15的阻值;

当U3电压为正时，由于两个二极管缘故，输出电压U4为0;当U3电压为负时，

$U4=-U3\×\frac{\mathrm{PG}2+\mathrm{RG}12}{\mathrm{RG}8}$

式中，PG2为滑动变阻器PG2接入电路的阻值，RG12为电阻RG12的阻值、RG8为电阻RG8的阻值;

在该电路中一号二极管DG1和二号二极管DG2是反极性保护的作用，当信号输入正负极接反时，不会对电路造成损坏。当没有电流信号输入时，第一运算放大器UGIA的同相输入端的电压U1为0V，第二运算放大器UGIB的同相输入端的电压U2为正，第四运算放大器UGID的同相输入端为高电平，此时发光二极管LG1会点亮，作为一种断线故障指示。

具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种高精度电流信号调理电路的不同之处在于，它还包括四号二极管DG4和五号二极管DG5;

四号二极管DG4并联在第三运算放大器UGIC的反相输入端与输出端之间，五号二极管DG5的阳极与第三运算放大器UG1C的输出端相连，五号二极管DG5的阴极连接2端接线口CON2的1号端口。

本实施方式所述的电路适应后一级为双极性的A/D转换电路，本实施方式所述的电路为以第三运算放大器UGIC为核心构成了一个反比例放大电路，此时2端接线口CON21号接线口的输出电压U4为:

$U4=-U3\×\frac{\mathrm{PG}2+\mathrm{RG}12}{\mathrm{RG}8}$

本实施方式所述调理电路即可以适应后一级为双单极性的A/D转换电路。

具体实施方式三、结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种高精度电流信号调理电路的不同之处在于，它还包括四号二极管DG4和电阻RG13;

四号二极管DG4并联在第三运算放大器UGIC的反相输入端与输出端之间，电阻RG13的一端与第三运算放大器UG1C的输出端相连，电阻RG13的另一端同时连接滑动变阻器PG2的活动端与另一个固定端。

具体实施方式四、结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高精度电流信号调理电路的进一步说明，3.3V电源采用12V转3.3V电源电路实现，所述的12V转3.3V电源电路包括电容CO1、极性电容CO2、电容CO3、极性电容CO4、电压转换芯片(WO1)和12V直流电源;

12V直流电源信号输出端同时连接电容CO1的一端、极性电容CO2的正极和电压转换芯片WO1的输入端相连，电容CO1的另一端同时连接极性电容CO2的负极、极性电容CO4的负极和CO3的一端，电压转换芯片WO1的一号输出端同时与二号输出端、极性电容CO4的正极相连和CO3的另一端连接，电容CO3的另一端是12V转3。3V电源电路的3.3V电源的输出端。

本实施方式所述的-3.3V电源实现电路采用12V电源转换获得3.3V电源信号，所述12V电源电路如图5所示。

具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式四所述的一种高精度电流信号调理电路的进一步说明，电压转换芯片WO1采用型号为AS1117-3.3V的芯片实现。

具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高精度电流信号调理电路的进一步说明，第一运算放大器UGIA、第二运算放大器UGIB、第三运算放大器UGIC和第四运算放大器UGID均采用信号为OPA44277运算放大器实现。

本发明采用滑动变阻器PG1和动变阻器PG2对电路逃行调零和上线调节，实现4-20mA到0-10V的转换。

Claims (6)

1.一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，该电路包括一号二极管(DG1)、二号二极管(DG2)、三号二极管(DG3)、发光二极管(LG1)、电阻RG1、电阻RG2、电阻RG3、电阻RG4、电阻RG5、电阻RG6、电阻RG7、电阻RG8、电阻RG9、电阻RG10、电阻RG11、电阻RG12、电阻RG13、电阻RG14、电阻RG15、滑动变阻器PG1、动变阻器PG2、第一运算放大器(UGIA)、第二运算放大器(UGIB)、第三运算放大器(UGIC)、第四运算放大器(UGID)、2端接线口(CON2)、3端接线口(CON3)、12V直流电源、3。3V直流电源、电容CG1、电容CG2和电容CG3;

3端接线口(CON3)的1号端口连接二号二极管(DG2)的阴极，二号二极管(DG2）的阳极经电阻RG2连接12V直流电源，3端接线口(CON3)的3号端口连接电源地，3端接线口(CON3)的2号端口连接一号二极管(DG1)的阳极，一号二极管(DG1)的阴极经电阻RG1同时连接电容CG1的一端、电阻RG3的一端和电阻RG4的一端，电容CG1的另一端与电阻RG3的另一端相连并连接电源地;电阻RG4的另一端连接第一运算放大器(UGIA)的同相输入端，第一运算放大器(UGIA)的正电源端同时连接电容CG2的一端与12V直流电源的正极，电容CG2的另一端连接电源地;第一运算放大器(UGIA)的反相输入端连接第一运算放大器(UGIA)的输出端，第一运算放大器(UGIA)的负电源端连接电容CG3的一端和12V直流电源的负极，所述电容CG3的另一端连接电源地;第一运算放大器(UGIA)的输出端经电阻RG5同时连接电阻RG6的一端、电阻RG7的一端和第四运算放大器(UGID)的反相输入端，所述电阻RG6的另一端同时连接电阻RG7的另一端、第四运算放大器(UGID)的输出端、发光二极管(LG1)的阳极、三号二极管(DG3)的阴极和电阻RG8的一端，发光二极管(LG1)的阴极同时连接三号二极管(DG3)的阳极和电阻RG11的一端，所述电阻RG11的另一连接电源地;第四运算放大器(UGID)的同相输入端同时连接电阻RG9的一端和RG10的一端，电阻RG10的另一端连接电源地;电阻RG9的另一端同时连接第二运算放大器(UGIB)的反相输入端和第二运算放大器(UGIB)的输出端，第二运算放大器(UG1B)的同相输入端连接滑动变阻器PG1的活动端，滑动变阻器PG1的一个固定端经电阻RG14连接3。3V的直流电源，滑动变阻器PG1的另一个固定端经电阻RG15连接电源地;电阻RG8的另一端同时连接第三运算放大器(UGIC)的反相输入端和电阻RG12的一端，电阻RG12的另一端连接滑动变阻器PG2的一个固定端，滑动变阻器PG2的另一个固定端同时连接2端接线口(CON2)的1号端口、第三运算放大器(UG1C)的输出端和滑动变阻器PG2的活动端，第三运算放大器(UG1C)的同相输入端经电阻RG13连接电源地，2端接线口(CON2)的2号端口连接电源地。

2.根据权利要求1所述的一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，它还包括四号二极管(DG4)和五号二极管(DG5);

四号二极管(DG4)并联在第三运算放大器(UGIC)的反相输入端与输出端之间，五号二极管(DG5)的阳极与第三运算放大器(UG1C)的输出端相连，五号二极管(DG5)的阴极连接2端接线口(CON2)的1号端口。

3.根据权利要求1所述的一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，它还包括四号二极管(DG4)和电阻RG13;

四号二极管(DG4)并联在第三运算放大器(UGIC)的反相输入端与输出端之间，电阻RG13的一端与第三运算放大器(UG1C)的输出端相连，电阻RG13的另一端同时连接滑动变阻器PG2的活动端与另一个固定端。

4.根据权利要求1所述的一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，3。3V电源采用12V转3。3V电源电路实现，所述的12V转3。3V电源电路包括电容CO1、极性电容CO2、电容CO3、极性电容CO4、电压转换芯片(WO1)和12V直流电源;

12V直流电源信号输出端同时连接电容CO1的一端、极性电容CO2的正极和电压转换芯片(WO1)的输入端相连，电容CO1的另一端同时连接极性电容CO2的负极、极性电容CO4的负极和CO3的一端，电压转换芯片(WO1)的一号输出端同时与二号输出端、极性电容CO4的正极相连和CO3的另一端连接，电容CO3的另一端是12V转3。3V电源电路的3。3V电源的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，电压转换芯片(WO1)采用型号为AS1117-3。3V的芯片实现。

6.根据权利要求1所述的一种高精度电流信号调理电路，其特征在于，第一运算放大器(UGIA)、第二运算放大器(UGIB)、第三运算放大器(UGIC)和第四运算放大器(UGID)均采用信号为OPA44277运算放大器实现。

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