CN106253891A - 一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块 - Google Patents

一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，包括电流‑电压转换部分、反相器抗干扰部分、减法电路部分、电压信号差动放大部分，电流‑电压转换部分将输入的4~20mA电流信号转化为‑2V～‑10V电压信号，再由反相器抗干扰部分转换为‑2V～‑10V电压信号，减法电路部分与反相器抗干扰部分作“减法运算”后产生‑4V～+4V电压信号，电压信号差动放大部分将‑4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出‑10V～+10V的电压信号，本发明具有输出精确度高、对应线性度好、电路形式简单、可靠性高等优点，可作为DC伺服电动机电路的接口、记录仪转换器、检测接口电路等使用。

Description

一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块
技术领域
本发明涉及电流电压转换模块技术领域，更具体地说是一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块。
背景技术
近年来，由于对电子系统中对转换电路的要求越来越苛刻，可靠性、成本、电路体积的要求越来越多样化，需要电路可靠性高，制造成本要低，同时要实现模块化，小型化。长期工作的可靠性、稳定性一定要高，抗干扰能力一定要强。另一方面，传统的转换多将4～20mA电流信号转换成0～+10V的电压信号，需要额外加极性转换电路才能转换0～-10V的电压信号，电路多数采用大量的分离器件组成的模拟电路，电路结构复杂，可靠性低，线性度较差，电路体积较大。传统的检测方式越来越不能满足现代化系统对转换电路的要求。
传统检测方法中电路结构复杂，可靠性低，线性度较差，电路体积较大等缺点。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，包括：
电流-电压转换部分，将精密电阻器R1接入电流回路，电流信号流过精密电阻器R1产生相应的电压信号，产生的电压信号为+2V～+10V；
反相器抗干扰部分，将前级产生+2V～+10V的电压信号反相1:1转换为-2V～-10V电压信号，并抑制电流回路中产生的干扰信号；
减法电路部分，通过稳压管ZD1将供电电压预稳到6.2V，然后经过电位器RW1、RW2、RW3精确调至6.0V作为减法器基准电压，电阻R7为限流电阻，减法电路部分与反相器抗干扰部分产生-2V～-10V的电压信号作“减法运算”后产生-4V～+4V电压信号；
电压信号差动放大部分，将前级产生的-4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出-10V～+10V的电压信号，并二次抑制电路间的干扰信号。
优选的，所述电流-电压转换部分包括精密电阻器R1、电流源，精密电阻器R1连接于电流源的两端，精密电阻器R1的电阻为500Ω，电流源输入电流为4~20mA。
优选的，所述反相器抗干扰部分包括集成运算放大器U1-A、电阻R2～R5和电位器RW1，集成运算放大器U1-A的同相输入端与电阻R3相连接，集成运算放大器U1-A的反相输入端与电阻R2相连接，电阻R3的另一端经精密电阻器R1与电阻R2的另一端相连接，集成运算放大器U1-A的输出端与反相输入端之间连接有电阻R5、电位器RW1串联组成的电路。
优选的，所述减法电路部分包括稳压管ZD1、电阻R7、R10和电位器RW3，电位器RW3两个非滑动端之间连接稳压管ZD1，电位器RW3的滑动端与电阻R7相连接。
优选的，所述电压信号差动放大部分包括集成运算放大器U1-B、电阻R8、R9、R11和电位器RW2，集成运算放大器U1-B的输出端与反相输入端之间连接有电阻R8、电位器RW2串联组成的电路，集成运算放大器U1-B的反相输入端还与电阻R7相连接，集成运算放大器U1-B的输出端与电阻R11相连接，电阻R11的另一端与电压输出端相连接。
本发明的工作原理是：
通过电流-电压转换部分将输入的4~20mA电流信号转化为-2V～-10V电压信号，反相器抗干扰部分，将前级产生+2V～+10V的电压信号反相1:1转换为-2V～-10V电压信号，减法电路部分与反相器抗干扰部分产生-2V～-10V的电压信号作“减法运算”后产生-4V～+4V电压信号，电压信号差动放大部分将前级产生的-4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出-10V～+10V的电压信号。
反相器抗干扰部分和电压信号差动放大部分可抑制电路间的干扰信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、性能优良，有效的提高可靠性。
本本发明针对传统方法的几个缺点，进行了全新设计和完善。从而有效的避免电路结构复杂，稳定性低等缺点。有效提高了转换精度及可靠性。
2、电路简洁，工作稳定。
本发明电路形式简单，所用器件数量对比传统的电路大大减少，只需按照原理图进行装配即可满足使用要求。同时该电路具有较高的抗扰动能力。
附图说明
图1为本发明一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，包括：
电流-电压转换部分，将精密电阻器R1接入电流回路，电流信号流过精密电阻器R1产生相应的电压信号，产生的电压信号为+2V～+10V；
反相器抗干扰部分，将前级产生+2V～+10V的电压信号反相1:1转换为-2V～-10V电压信号，并抑制电流回路中产生的干扰信号；
减法电路部分，通过稳压管ZD1将供电电压预稳到6.2V，然后经过电位器RW1、RW2、RW3精确调至6.0V作为减法器基准电压，电阻R7为限流电阻，减法电路部分与反相器抗干扰部分产生-2V～-10V的电压信号作“减法运算”后产生-4V～+4V电压信号；
电压信号差动放大部分，将前级产生的-4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出-10V～+10V的电压信号，并二次抑制电路间的干扰信号。
所述电流-电压转换部分包括精密电阻器R1、电流源，精密电阻器R1连接于电流源的两端，精密电阻器R1的电阻为500Ω，电流源输入电流为4~20mA。
所述反相器抗干扰部分包括集成运算放大器U1-A、电阻R2～R5和电位器RW1，集成运算放大器U1-A的同相输入端与电阻R3相连接，集成运算放大器U1-A的反相输入端与电阻R2相连接，电阻R3的另一端经精密电阻器R1与电阻R2的另一端相连接，集成运算放大器U1-A的输出端与反相输入端之间连接有电阻R5、电位器RW1串联组成的电路。
所述减法电路部分包括稳压管ZD1、电阻R7、R10和电位器RW3，电位器RW3两个非滑动端之间连接稳压管ZD1，电位器RW3的滑动端与电阻R7相连接。
所述电压信号差动放大部分包括集成运算放大器U1-B、电阻R8、R9、R11和电位器RW2，集成运算放大器U1-B的输出端与反相输入端之间连接有电阻R8、电位器RW2串联组成的电路，集成运算放大器U1-B的反相输入端还与电阻R7相连接，集成运算放大器U1-B的输出端与电阻R11相连接，电阻R11的另一端与电压输出端相连接。
本发明提供的一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块通过如下的方式工作：
通过电流-电压转换部分将输入的4~20mA电流信号转化为-2V～-10V电压信号，反相器抗干扰部分，将前级产生+2V～+10V的电压信号反相1:1转换为-2V～-10V电压信号，减法电路部分与反相器抗干扰部分产生-2V～-10V的电压信号作“减法运算”后产生-4V～+4V电压信号，电压信号差动放大部分将前级产生的-4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出-10V～+10V的电压信号。
本发明技术方案在上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，包括：
电流-电压转换部分，将精密电阻器R1接入电流回路，电流信号流过精密电阻器R1产生相应的电压信号，产生的电压信号为+2V～+10V；
反相器抗干扰部分，将前级产生+2V～+10V的电压信号反相1:1转换为-2V～-10V电压信号，并抑制电流回路中产生的干扰信号；
减法电路部分，通过稳压管ZD1将供电电压预稳到6.2V，然后经过电位器RW1、RW2、RW3精确调至6.0V作为减法器基准电压，电阻R7为限流电阻，减法电路部分与反相器抗干扰部分产生-2V～-10V的电压信号作“减法运算”后产生-4V～+4V电压信号；
电压信号差动放大部分，将前级产生的-4V～+4V的电压信号差动放大2.5倍，输出-10V～+10V的电压信号，并二次抑制电路间的干扰信号。
2.根据权利要求1所述的一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，其特征在于：所述电流-电压转换部分包括精密电阻器R1、电流源，精密电阻器R1连接于电流源的两端，精密电阻器R1的电阻为500Ω，电流源输入电流为4~20mA。
3.根据权利要求1所述的一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，其特征在于：所述反相器抗干扰部分包括集成运算放大器U1-A、电阻R2～R5和电位器RW1，集成运算放大器U1-A的同相输入端与电阻R3相连接，集成运算放大器U1-A的反相输入端与电阻R2相连接，电阻R3的另一端经精密电阻器R1与电阻R2的另一端相连接，集成运算放大器U1-A的输出端与反相输入端之间连接有电阻R5、电位器RW1串联组成的电路。
4.根据权利要求1所述的一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，其特征在于：所述减法电路部分包括稳压管ZD1、电阻R7、R10和电位器RW3，电位器RW3两个非滑动端之间连接稳压管ZD1，电位器RW3的滑动端与电阻R7相连接。
5.根据权利要求1所述的一种高精确4～20mA转换成±10V的电流电压转换模块，其特征在于：所述电压信号差动放大部分包括集成运算放大器U1-B、电阻R8、R9、R11和电位器RW2，集成运算放大器U1-B的输出端与反相输入端之间连接有电阻R8、电位器RW2串联组成的电路，集成运算放大器U1-B的反相输入端还与电阻R7相连接，集成运算放大器U1-B的输出端与电阻R11相连接，电阻R11的另一端与电压输出端相连接。
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