CN106501655B - 一种开尔文接地报警电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开尔文接地报警电路,包括限压电路,运算放大器,比较器和报警电路;所述的限压电路,运算放大器,比较器和报警电路依次串联,其中,比较器为双比较器并联入电路。本发明的开尔文接地报警电路,利用运算放大器输入悬空则会满偏的特性,将满偏的电压送至比较器做比较,比较器则可通过该电压得出一个确定的比较结果,非常符合接地开尔文检测的需要。当由于误操作使得地sense线没有连接时,本电路可即使产生报警,可及时避免系统工作在不正常状态下,进而避免了时间的浪费和设备的损坏。

Description

一种开尔文接地报警电路
技术领域
本发明属于报警电路技术领域,尤其涉及一种开尔文接地报警电路。
背景技术
在精密测量系统中通常采用开尔文连接即四线连接,四线指的是信号线和地线各两根,即信号force线、信号sense线、地force线、地sense线,这样做的目的是分开电流路径和测量路径,以免路径上的电阻影响测量准确性。当信号线或地sense线没有连接恰当时,系统轻则精度下降但仍可以工作,重则系统无法工作。所以对信号线和地线的开尔文连接的检测非常重要。当前的开尔文报警传统方式通常是通过比较电路来实现的,通过比较sense线与force线上的电压差,如果差别大则判断这时他们并没有相连,或者连接上有较大电阻。但这种方法只适用于信号线的检测,并不适用于地线的检测。当操作员忘记连接sense线时,信号线的force线和sense线在电路中是有一些连接关系的,所以比较器仍然可以做出正确的判断,但地线的force线和sense线在内部几乎是无任何关系的,所以会被认为完全悬空,此时比较器的比较结果是不受控的,对于开尔文连接检测的结果也就没有意义。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种开尔文接地报警电路,可即时产生报警,可及时避免系统工作在不正常状态下,进而避免了时间的浪费和设备的损坏。
技术方案:为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种开尔文接地报警电路,包括限压电路,运算放大器,比较器和报警电路;所述的限压电路,运算放大器,比较器和报警电路依次串联,其中,比较器为双比较器并联入电路。
所述的限压电路由2个二极管和1个串联电阻组成,二极管其中一个正向接+15V电源,另一个反向接-15V电源。
所述的二极管型号均为1N4148,电阻为10KΩ串在信号输入路径上。
所述的运算放大器的型号为LF356,以跟随器的形式连接,当3脚输入端悬空时,6脚输出正满偏或者负满偏两者之中的一个电压。
所述的比较器采用双比较器,分别为上限比较器和下限比较器,型号均为LM393,由正负15V供电,前级过来的信号同时接入上限比较器的负端和下限比较器的正端;上限比较器的正端接上限电压,下限比较器的负端接下限电压。
所述的报警电路包括三极管和发光二极管,前级输入通过20KΩ电阻连接三极管的基极,三极管的发射极与二极管和500Ω电阻均相连;在3.3V的输出端与前级输入之前串联有20KΩ电阻和5.5KΩ电阻,3.3V的输出端通过200Ω电阻连接二极管,3.3V的输出端通过4.7KΩ电阻连接500Ω电阻;前级输入通过20KΩ电阻、5.5KΩ电阻、4.7KΩ电阻连接500Ω电阻;500Ω电阻连接至处理器。
有益效果:与现有的技术相比,本发明的开尔文接地报警电路,利用运算放大器输入悬空则会满偏的特性,将满偏的电压送至比较器做比较,比较器则可通过该电压得出一个确定的比较结果,非常符合接地开尔文检测的需要。当由于误操作使得地sense线没有连接时,本电路可即使产生报警,可及时避免系统工作在不正常状态下,进而避免了时间的浪费和设备的损坏。
附图说明
图1是开尔文接地报警电路的结构示意图;
图2是存储器深度扩展示意图;
图3是三级管实现的转换电路图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示,开尔文接地报警电路,包括限压电路,运算放大器,比较器和报警电路;限压电路,运算放大器,比较器和报警电路依次串联。
限压电路由两个二极管和一个串联电阻来实现,二极管型号均为1N4148,电阻在此选择10KΩ串在信号输入路径上,二极管其中一个正向接+15V电源,另一个反向接-15V电源(如图2)。该电路的作用是当输入信号过大时保护后级电路不受损坏。1N4148的管压降约为0.4V,如果输入电压超过+14.6V则上面二极管导通,超过-14.6V则下面二极管导通,电阻上会产生压降,最终到达后级的电压被限制在正负15V范围内。
运算放大器选用LF356,该放大器优点是速度较快。放大器由正负15V供电,所以输入必须被限制在正负15V范围内,这就是限压电路的意义所在。该放大器以跟随器的形式连接,即2脚和6脚短路,当3脚输入端悬空时,6脚将输出正满偏或者负满偏两者之中的一个电压。
比较器选用LM393,该芯片为双比较器,本实施例需要上下限两种状态比较,所以使用双比较器比较合适,用于上限比较的称为上限比较器,用于下限比较的称为下限比较器。比较器由正负15V供电,前级过来的信号同时接入上限比较器的负端和下限比较器的正端。上限比较器的正端接上限电压,下限比较器的负端接下限电压。上限电压和下限电压由实际应用需求决定,本例中报警的上下限设置为+1V/-1V,所以上限电压为+1V,下限电压为-1V。两个电压由正负15V电源经过电阻分压分别得到,电阻选用140K和10K。比较器当正端电压大于负端电压时输出正逻辑,当正端电压小于负端电压时输出负逻辑,当前选用的比较器为集电极开路输出,正逻辑以高阻态形式给出,负逻辑即为地脚上的电平(本例中比较器的地脚接-15V电源),所以将两个比较器的输出短路在一起使用,目的是当两个比较器有任意一个出现负逻辑时,输出即为负逻辑。当前级输入悬空时,本级输入电压约为+13V或-13V,无论是哪种情况都超过本例设置的上限电压和下限电压,所以此时本级输出必定是负逻辑。
报警电路包括三极管和发光二极管,前级输入通过20KΩ电阻连接三极管的基极,三极管的发射极与二极管和500Ω电阻均相连;在3.3V的输出端与前级输入之前串联有20KΩ电阻和5.5KΩ电阻,3.3V的输出端通过200Ω电阻连接二极管,3.3V的输出端通过4.7KΩ电阻连接500Ω电阻;前级输入通过20KΩ电阻、5.5KΩ电阻、4.7KΩ电阻连接500Ω电阻;500Ω电阻连接至处理器。该报警电路由三极管和发光二极管实现,使用发光二极管可以直观的发现报警的产生,但为避免操作人员忽略报警灯被点亮,本方案同时产生报警信号送至处理器,通过处理器返回到电脑界面上提示给操作员,或做一些硬件上的保护动作,如断电、复位等。由于通常情况处理器的输入信号格式为LVTTL即3.3V电平标准,所以需要将前级的正负逻辑状态转换为3.3V和0V再送至处理器。在此转换电路以三级管实现,本例选用2N2907,该三极管为PNP管(如图3)。当前级信号为高阻态时,三极管基极约为3.3V,三极管为截止状态,发光二极管没有电流流过即不会被点亮,200Ω电阻没有压降所以输出至处理器的信号约为3.3V,即为高电平。当前级信号为负逻辑即-15V时,基极电压Vb=3.3-(3.3+15)*5.5/25.5约为-0.65V,发射极电压Ve=Vb+0.7约为0.05V,送至处理器即为低电平,二极管电流约7mA,被点亮。所以送至处理器的报警信号为低电平有效。处理器可以由诸如FPGA等可编程功能芯片承担。
本发明的开尔文接地报警电路,利用运算放大器输入悬空则会满偏的特性,将满偏的电压送至比较器做比较,比较器则可通过该电压得出一个确定的比较结果,非常符合接地开尔文检测的需要。当由于误操作使得地sense线没有连接时,本电路可即使产生报警,可及时避免系统工作在不正常状态下,进而避免了时间的浪费和设备的损坏。

Claims (3)

1.一种开尔文接地报警电路,其特征在于,包括限压电路、运算放大器、比较器和报警电路;所述的限压电路、运算放大器、比较器和报警电路依次串联;所述的限压电路由2个二极管和1个串联电阻组成,二极管其中一个正向接+15V电源,另一个反向接-15V电源;所述的比较器采用双比较器,分别为上限比较器和下限比较器,型号均为LM393,由正负15V供电,前级过来的信号同时接入上限比较器的负端和下限比较器的正端;上限比较器的正端接上限电压,下限比较器的负端接下限电压;所述的报警电路包括三极管和发光二极管,前级输入通过20KΩ电阻连接三极管的基极,三极管的发射极与发光二极管的阴极和500Ω电阻均相连;在3.3V的输出端与前级输入之前串联有5.5KΩ电阻和20KΩ电阻,3.3V的输出端通过200Ω电阻连接发光二极管的阳极,3.3V的输出端通过4.7KΩ电阻连接500Ω电阻;前级输入通过20KΩ电阻、5.5KΩ电阻、4.7KΩ电阻连接500Ω电阻的一端;500Ω电阻的另一端连接至处理器;所述的运算放大器以跟随器的形式连接,当运算放大器3脚输入端悬空时,6脚输出正满偏或者负满偏两者之中的一个电压。
2.根据权利要求1所述的开尔文接地报警电路,其特征在于,所述的二极管型号均为1N4148,串联电阻为10KΩ并串在信号输入路径上。
3.根据权利要求1所述的开尔文接地报警电路,其特征在于,所述的运算放大器的型号为LF356。
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