CN104748831A - 一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置及方法，属于信号转换技术领域。该装置包括：电源模块、第一信号放大电路、滤波器、第二信号放大电路、第一输出缓冲电路、第二输出缓冲电路、若干个差分转换电路、若干个信号输出隔离器；根据不同型号称重传感器的毫伏信号量程范围，放大不同的倍数，进而实现了将多量程毫伏信号同时转化成0—10v的标准信号，供外部多个标准信号采集设备进行数据采集，同时又能保留原毫伏信号，供称重系统中的原设备或者称重系统外部的毫伏级信号采集设备使用进行毫伏信号数据采集。这样既不影响原设备的正常工作，外部各种类型的采集设备又可以轻松采集到原称重系统的多量程毫伏信号。
Description
技术领域
本发明属于信号转换技术领域，具体涉及一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置及方法。
背景技术
现在许多搅拌设备企业的称重系统主要由称重传感器、一体化控制器和终端计算机构成，在该称重系统中，称重传感器产生的毫伏级电压信号直接接入一体化控制器，一体化控制器对其接收到的毫伏级信号进行处理后，通过信号线将处理后的信号传输给终端计算机。可见，在该系统中传输的信号是毫伏级电压信号，不是0—10V的标准电压信号，外部标准信号采集设备无法利用这样的非标准信号进行数据采集。
而且在现实中，部分厂家为了提高信号传输的稳定性，将称重传感器输出信号的量程范围由原为0—5mv增大至0—10mv、0—50mv、乃至0—100mv，市场上也就出现了不同类型的称重传感器。由于不同类型的称重传感器，输出信号的量程范围不同，且均为毫伏级电压信号，因此，在保证称重系统原设备正常工作的情况下，需要对称重系统所采用的具体称重传感器输出的毫伏级电压信号进行放大，转换成0—10V的标准电压信号，以便于应用外部标准信号采集设备进行数据采集。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置及方法。
本发明的技术方案：
一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置，用于将搅拌设备的称重系统中采用的不同量程范围的称重传感器的多量程毫伏级电压信号同时转换为0—10v的标准电压信号供给称重系统外部的标准信号采集设备应用，同时，仍保证称重传感器产生的毫伏级电压信号继续传至称重系统应用；该装置在使用时通过信号线与称重传感器相连接，该装置包括：电源模块、第一信号放大电路、滤波器、第二信号放大电路、第一输出缓冲电路、第二输出缓冲电路、若干个差分转换电路、若干个信号输出隔离器；其中：
电源模块，用于为装置供电；
第一信号放大电路，用于根据称重传感器的毫伏信号量程范围，选择相应的信号放大倍数，将称重传感器输出的毫伏信号放大为0-1v信号后，同时传送给第一输出缓冲电路和滤波器；
第一输出缓冲电路：用于对第一信号放大电路传送的0-1v信号进行缓冲处理，并将处理后的信号分若干路同时传至若干个差分转换电路；
差分转换电路：用于对从第一输出缓冲电路接收的0－1v信号进行降压处理，还原为称重传感器的原始毫伏信号后，经过信号输出隔离器输出至毫伏信号采集设备；
滤波器，用于对第一信号放大电路传送的0-1v信号进行滤除处理、并将滤波处理后的信号传至第二信号放大电路；
第二信号放大电路，用于将滤波器传送的0-1v信号转换成0-10v的标准信号后，输出至第二输出缓冲电路；
第二输出缓冲电路，用于对从第二信号放大电路接收的0-10v的标准信号进行缓冲处理后，分若干路同时经过若干个信号输出隔离器输出至若干个0-10v标准信号采集设备；
信号输出隔离器，用于隔离装置外部信号。
所述的第一信号放大电路采用的是由第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和第三运算放大器A3共3个运算放大器和多档选择开关电路构成的差分放大电路；其中多档选择开关电路由双刀多掷开关和具有不同阻值的电阻构成；第一信号放大电路通过双刀多掷开关切换连接具有不同阻值的电阻，实现信号放大倍数的选择，将称重传感器传送过来的毫伏信号放大相应倍数后转换成0-1v信号；
所述的差分转换电路由惠斯通电桥构成，采用电位器分压的方法对0－1v信号进行降压处理。
所述的第一输出缓冲电路与第二输出缓冲电路的结构相同，包括一个运算放大器、两个电阻和一个电容；一个电阻连接运算放大器的同向输入端；另一个电阻和电容组成并联电路，一端连接运算放大器的反向输入端，另一端连接运算放大器的输出端。
所述的滤波器：包括第十二电阻R12、第二电位器RP2和第一电容C1；第十二电阻R12和第二电位器RP2组成并联电路，该并联电路的一端作为滤波器输入端，另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地。
所述的第二信号放大电路，包括第十三电阻R13、第四运算放大器A4、第三电位器RP3、第十四电阻R14、第四电位器RP4、第二电容C2和第十五电阻R15；其中：第十三电阻R13连接到第四运算放大器A4的同向输入端、第三电位器RP3连接在第四运算放大器A4的调零端、第十四电阻R14和第四电位器RP4组成的串联电路与第二电容C2组成并联电路，该并联电路的一端连接第四运算放大器A4的反相输入端和第十五电阻R15的一端，另一端连接第四运算放大器A4的输出端，第十五电阻R15的另一端接地。
采用所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置的称重传感器多量程毫伏信号转换方法，包括如下步骤：
步骤1：根据称重传感器的毫伏信号量程，选择对应的信号放大倍数；
步骤2：在称重传感器开始工作的同时，装置接收称重传感器产生的毫伏信号；
步骤3：将接收的毫伏信号放大为0-1v的信号；
步骤4：将步骤3中的0-1v信号分两路进行处理：一路将0-1v信号放大为0-10v的信号供给0-10v标准信号采集设备应用，同时另一路将0-1v的信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给毫伏信号采集设备应用。
所述的步骤4中一路将0-1v信号放大为0-10v的信号供给0-10v标准信号采集设备应用，包括如下步骤：
步骤4.1.1：对0-1v信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；
步骤4.1.2：将滤波处理后的0-1v信号放大为0-10v的标准信号；
步骤4.1.3：对0-10v的标准信号进行缓冲处理；
步骤4.1.4：将经过缓冲处理的0-10v的标准信号经过信号输出隔离器将0-10v的标准信号传至0-10v标准信号采集设备。
所述的步骤4中另一路将0-1v的信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给毫伏信号采集设备应用，包括如下步骤：
步骤4.2.1：对0-1v信号进行缓冲处理；
步骤4.2.2：对缓冲处理后的0-1v信号进行降压处理，还原为称重传感器原始毫伏信号，并通过信号输出隔离器输出至称重系统中的相关设备。
有益效果：本发明公开的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，根据不同型号称重传感器的毫伏信号量程范围，放大不同的倍数，进而实现了将多量程毫伏信号同时转化成0—10v的标准信号，供外部多个标准信号采集设备进行数据采集，同时又能保留原毫伏信号，供称重系统中的原设备或者称重系统外部的毫伏级信号采集设备使用进行毫伏信号数据采集。这样既不影响原设备的正常工作，外部各种类型的采集设备又可以轻松采集到原称重系统的多量程毫伏信号。在此基础上还实现了一路信号输入、多路信号输出的技术效果。在现实工作上解决了一个称重传感器连接多个设备的技术问题。
附图说明
图1为一种实施方式的称重传感器多量程毫伏信号转换装置的结构示意图；
图2为一种实施方式的第一信号放大电路的电路原理图；
图3为一种实施方式的多档选择开关电路原理图；
图4为一种实施方式的滤波器的电路原理图；
图5为一种实施方式的第二信号放大电路的电路原理图；
图6为一种实施方式的输出缓冲电路的电路原理图；
图7为一种实施方式的差分转换电路原理图；
图8为一种实施方式的称重传感器的多量程毫伏信号转换方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本实施方式的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，如图1所示，该装置通过信号线连接称重传感器，该称重传感器所在的称重系统主要由称重传感器、一体化控制器和终端计算机构成，在该称重系统中，称重传感器产生的毫伏级电压信号直接接入一体化控制器，一体化控制器对毫伏信号进行处理，通过信号线将处理后得到的数据传输给终端计算机进行显示与记录。该装置包括：电源模块、第一信号放大电路、滤波器、第二信号放大电路、第一输出缓冲电路、第二输出缓冲电路、若干个差分转换电路、若干个信号输出隔离器；所述的第一信号放大电路的输入端连接称重传感器的输出端，第一信号放大电路的一个输出端连接第一输出缓冲电路的输入端，同时第一信号放大电路的另一个输出端连接滤波器的输入端；所述第一输出缓冲电路的输出端可以同时通过若干个差分转换电路和若干个信号输出隔离器连接称重系统中的一体化控制器和称重系统外部采集毫伏级电压信号的计量仪表；所述滤波器的输出端连接第二信号放大电路的输入端，所述第二信号放大电路的输出端连接第二输出缓冲电路的输入端，第二输出缓冲电路的输出端可以同时通过若干个信号输出隔离器连接称重系统外部的采集0-10v标准信号的若干个标准信号采集柜和若干个计量仪表；本实施方式中所述的若干个均可以根据实际需要进行具体个数的设置，即，本实施方式的差分转换电路和信号输出隔离器的个数可以根据本装置外部所需连接的信号采集设备的个数进行增与减；
第一信号放大电路，如图2所示，是由型号均为LM324的第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3共3个运算放大器和多档选择开关构成的差分放大电路；多档选择开关由双刀多掷开关和具有不同阻值的电阻构成，如图3所示，在使用本装置时，称重传感器的输出信号接入到差分放大电路，用户需根据待进行信号转换的称重传感器的毫伏信号量程范围，切换双刀多掷开关，使其连接到相应阻值的电阻上，实现毫伏信号放大倍数的选择，差分放大电路导通后，差分放大电路将称重传感器传送过来的毫伏信号放大相应倍数后转换成0-1v信号；例如，若待信号转换的称重传感器的毫伏信号量程范围为0-5mv，则需放大200倍，使其转化成0-1v信号；若待信号转换的称重传感器的毫伏信号量程范围为0-10mv信号，则需放大100倍，使其转化成0-1v信号；若待信号转换的称重传感器的毫伏信号量程范围为0-50mv信号，则需放大20倍，使其转化成0-1v信号；若待信号转换的称重传感器的毫伏信号量程范围为0-100mv信号，将其放大10倍，使其转化成0-1V信号，依此类推。
第一信号放大电路将放大后的0-1v信号分两路输出：一路0-1v信号输出至滤波器，另一路0-1v信号输出至第一输出缓冲电路；
本实施方式的滤波器，如图4所示，由第十二电阻R12和第二电位器RP2组成并联电路，电路一端端作为滤波器的信号输入端，另一端作为滤波器的输出端，同时连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地，滤波器对0-1v信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；经滤波器处理后的0-1v信号接入第二信号放大电路，第二信号放大电路将0-1v信号放大转换成0-10v标准信号，第二信号放大电路如图5所示，包括第十三电阻(R13)、第四运算放大器(A4)、第三电位器(RP3)、第十四电阻(R14)、第四电位器(RP4)、第二电容(C2)和第十五电阻(R15)；其中：第十三电阻(R13)连接到第四运算放大器(A4)的同向输入端、第三电位器(RP3)连接在第四运算放大器(A4)的调零端、第十四电阻(R14)和第四电位器(RP4)组成的串联电路与第二电容(C2)组成并联电路，该并联电路的一端连接第四运算放大器(A4)的反相输入端和第十五电阻(R15)的一端，另一端连接第四运算放大器(A4)的输出端，第十五电阻(R15)的另一端接地。本实施方式的第四运算放大器A4采用的是型号为OP07的运算放大器。第二信号放大电路输出的0-10v信号通过结构如图6所示的第二输出缓冲电路的缓冲后传至各个标准信号采集设备，为了防止外部信号，干扰整套装置，在缓冲处理后的每路输出信号通路上连接信号输出隔离器后再连接标准信号采集设备，如图1所示，从第二输出缓冲电路输出的0-10v信号分别经过信号输出隔离器后传送至M台标准信号采集柜和N台计量仪表，本发明的称重传感器多量程毫伏信号转换装置中的信号输出隔离器的数量是可以根据外接的设备数量进行相应增减的。本实施方式采用的信号输出隔离器采用的是型号为ISO122P的隔离放大器。
第一输出缓冲电路接收的0-1v信号，经过第一输出缓冲电路缓冲处理，提高信号的负载能力后，再经过差分转换电路降压成称重传感器的原始毫伏信号后，通过信号输出隔离器传至称重系统的一体化控制器应用，又根据实际需要，同时将还原出的毫伏信号传给N台采集毫伏级电压信号的计量仪表应用，保证了称重传感器的原始毫伏级电压信号继续供给称重系统应用及外部毫伏级电压信号采集设备应用，本实施方式的第一输出缓冲电路与第二输出缓冲电路的结构相同，如图6所示，包括一个型号为LM358的运算放大器A5、两个电阻R16、R17和一个电容C3；电阻R16连接运算放大器A5的同向输入端、另一个电阻R17和电容C3组成并联电路，该并联电路的一端连接运算放大器A5的反向输入端，另一端连接运算放大器A5的输出端。
本实施方式的差分转换电路，如图7所示，由惠斯通电桥组成，采用电位器分压的方法将0-1v信号降压成称重传感器的原始毫伏信号。
本实施方式的称重传感器的毫伏信号转换方法，采用图1所示的称重传感器的毫伏信号转换装置实现，如图8所示，包括如下步骤：
步骤1：根据称重传感器的毫伏信号量程范围，选择信号放大倍数；
步骤2：在称重传感器开始工作的同时，开始接收称重传感器产生的毫伏信号；
步骤3：将接收的毫伏信号放大为0—1v的信号；
步骤4：将步骤3中的0-1v信号分两路进行处理：一路将0-1v信号放大为0-10v的信号供给称重系统外部的0-10v标准信号采集柜应用，同时另一路将0-1v的信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给称重系统中的中的一体化控制器和外部若干个计量仪表；
步骤4.1：将该0—1v信号放大为0—10v的信号供给称重系统外部的0-10v标准信号采集柜应用；
步骤4.1.1：对0—1v信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；
步骤4.1.2：将滤波处理后的0—1v信号放大为0—10v的标准信号；
步骤4.1.3：对0—10v的标准信号进行缓冲处理；
步骤4.1.4：将经过缓冲处理的0—10v的标准信号经过信号输出隔离器将0—10v的标准信号传至称重系统外部的0-10v标准信号采集柜；
步骤4.2：将0—1v信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给称重系统中的一体化控制器和外部若干个计量仪表应用；
步骤4.2.1：对0—1v信号进行缓冲处理；
步骤4.2.2：利用电位器分压的方法，将缓冲处理后的0—1v信号还原为称重传感器原始毫伏信号，并通过信号输出隔离器传至称重系统中的一体化控制器和外部若干个计量仪表。
Claims (9)
1.一种称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：包括：电源模块、第一信号放大电路、滤波器、第二信号放大电路、第一输出缓冲电路、第二输出缓冲电路、若干个差分转换电路、若干个信号输出隔离器；其中：
电源模块，用于为装置供电；
第一信号放大电路，用于根据称重传感器的毫伏信号量程范围，选择相应的信号放大倍数，将称重传感器输出的毫伏信号放大为0-1v信号后，同时传送给第一输出缓冲电路和滤波器；
第一输出缓冲电路：用于对第一信号放大电路传送的0-1v信号进行缓冲处理，并将处理后的信号分若干路同时传至若干个差分转换电路；
差分转换电路：用于对从第一输出缓冲电路接收的0－1v信号进行降压处理，还原为称重传感器的原始毫伏信号后，经过信号输出隔离器输出至毫伏信号采集设备；
滤波器，用于对第一信号放大电路传送的0-1v信号进行滤除处理、并将滤波处理后的信号传至第二信号放大电路；
第二信号放大电路，用于将滤波器传送的0-1v信号转换成0-10v的标准信号后，输出至第二输出缓冲电路；
第二输出缓冲电路，用于对从第二信号放大电路接收的0-10v的标准信号进行缓冲处理后，分若干路同时经过若干个信号输出隔离器输出至若干个0-10v标准信号采集设备；
信号输出隔离器，用于隔离装置外部信号。
2.根据权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：所述的第一信号放大电路采用的是由第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)和第三运算放大器(A3)3个运算放大器和多档选择开关电路构成的差分放大电路；其中多档选择开关电路由双刀多掷开关和具有不同阻值的电阻构成；第一信号放大电路通过双刀多掷开关切换连接具有不同阻值的电阻，实现信号放大倍数的选择，将称重传感器传送过来的毫伏信号放大相应倍数后转换成0-1v信号。
3.根据权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：所述的差分转换电路由惠斯通电桥构成，采用电位器分压的方法对0－1v信号进行降压处理。
4.根据权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：所述的第一输出缓冲电路与所述的第二输出缓冲电路的结构相同，包括一个运算放大器、两个电阻和一个电容；一个电阻连接运算放大器的同向输入端；另一个电阻和电容组成并联电路，一端连接运算放大器的反向输入端，另一端连接运算放大器的输出端。
5.根据权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：所述的滤波器：包括第十二电阻(R12)、第二电位器(RP2)和第一电容(C1)；第十二电阻(R12)和第二电位器(RP2)组成并联电路，该并联电路的一端作为滤波器输入端，另一端连接第一电容(C1)的一端，第一电容(C1)的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置，其特征在于：所述的第二信号放大电路，包括第十三电阻(R13)、第四运算放大器(A4)、第三电位器(RP3)、第十四电阻(R14)、第四电位器(RP4)、第二电容(C2)和第十五电阻(R15)；其中：第十三电阻(R13)连接到第四运算放大器(A4)的同向输入端、第三电位器(RP3)连接在第四运算放大器(A4)的调零端、第十四电阻(R14)和第四电位器(RP4)组成的串联电路与第二电容(C2)组成并联电路，该并联电路的一端连接第四运算放大器(A4)的反相输入端和第十五电阻(R15)的一端，另一端连接第四运算放大器(A4)的输出端，第十五电阻(R15)的另一端接地。
7.采用权利要求1所述的称重传感器多量程毫伏信号转换装置的称重传感器多量程毫伏信号转换方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：根据称重传感器的毫伏信号量程，选择对应的信号放大倍数；
步骤2：在称重传感器开始工作的同时，装置接收称重传感器产生的毫伏信号；
步骤3：将接收的毫伏信号放大为0-1v的信号；
步骤4：将步骤3中的0-1v信号分两路进行处理：一路将0-1v信号放大为0-10v的信号供给0-10v标准信号采集设备应用，同时另一路将0-1v的信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给毫伏信号采集设备应用。
8.根据权利要求7所述的称重传感器多量程毫伏信号转换方法，其特征在于：所述的步骤4中一路将0-1v信号放大为0-10v的信号供给0-10v标准信号采集设备应用，包括如下步骤：
步骤4.1.1：对0-1v信号进行滤波处理，滤除高频干扰信号；
步骤4.1.2：将滤波处理后的0-1v信号放大为0-10v的标准信号；
步骤4.1.3：对0-10v的标准信号进行缓冲处理；
步骤4.1.4：将经过缓冲处理的0-10v的标准信号经过信号输出隔离器将0-10v的标准信号传至0-10v标准信号采集设备。
9.根据权利要求7所述的称重传感器多量程毫伏信号转换方法，其特征在于：所述的步骤4中另一路将0-1v的信号还原为称重传感器原始的毫伏信号供给毫伏信号采集设备应用，包括如下步骤：
步骤4.2.1：对0-1v信号进行缓冲处理；
步骤4.2.2：对缓冲处理后的0-1v信号进行降压处理，还原为称重传感器原始毫伏信号，并通过信号输出隔离器输出至称重系统中的相关设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170825 Termination date: 20210323 |