CN111726098A - 一种荷重传感器信号变送装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了传感器技术领域的一种荷重传感器信号变送装置，包括交流滤波电路、调零电路、差分电压放大电路和取样电路，所述调零电路接入到所述交流滤波电路上，所述差分电压放大接入到所述交流滤波电路和所述调零电路上，所述取样电路接入到所述调零电路和所述差分电压放大电路上，所述交流滤波电路包括：电阻R0、电动势E1、二极管D1、电容C1、三端稳压器U1和电容C2，所述电阻R0的一端接入到+24V电源上，所述二极管D1的一端与所述电阻R0的另一端相连，本发明能够有效消除电压信号在传输线上受到噪声的干扰，降低信号损耗。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体为一种荷重传感器信号变送装置。
背景技术
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
荷重传感器是通过检验受力载体所受的载荷来完成对物体受力的测量的传感器装置。荷重传感器能将从载体传来的压力转化成相应的电信号，从而达到测量的目的。
在工业现场，用电压信号进行长距离传输有两个问题：第一，电压信号在传输线上容易受到噪声的干扰；第二，由于信号接收器的输入阻抗不会无穷大，所以信号接收器的输入电流会因为传输线的线电阻而产生电压降，从而产生信号损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种荷重传感器信号变送装置，以解决上述背景技术中提出的电压信号在传输线上容易受到噪声的干扰和由于信号接收器的输入阻抗不会无穷大，所以信号接收器的输入电流会因为传输线的线电阻而产生电压降，从而产生信号损耗的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：包括交流滤波电路、调零电路、差分电压放大电路和取样电路，所述调零电路接入到所述交流滤波电路上，所述差分电压放大接入到所述交流滤波电路和所述调零电路上，所述取样电路接入到所述调零电路和所述差分电压放大电路上。
优选的，所述交流滤波电路包括：电阻R0、电动势E1、二极管D1、电容C1、三端稳压器U1和电容C2，所述电阻R0的一端接入到+24V电源上，所述二极管D1的一端与所述电阻R0的另一端相连，所述电动势E1并联在所述电阻R0和所述二极管D1之间，所述电动势E1的另一端接地，所述电容C1的一端与所述二极管D1的另一端相连，所述电容C1的另一端接地，所述三端稳压器U1的一端与所述二极管D1的另一端相连，所述三端稳压器U1的另一端接地，所述电容C2的一端与所述三端稳压器U1的第三端连接，所述电容C2的另一端接地。
优选的，所述调零电路包括：电阻R1、电阻R2和电位器POT1，所述电位器POT1串联在所述电阻R1和所述电阻R2之间。
优选的，所述差分电压放大电路包括：三端稳压器U2、电阻R7、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R8，所述电阻R7的一端接入到所述三端稳压器U2的一端，所述三极管Q1的一端接入到所述电阻R7的另一端，所述电阻R3的一端接入到所述三端稳压器U2的另一端，所述电阻R4接入到所述三端稳压器U2的第三端，所述电阻R5并联在所述三端稳压器U2与所述电阻R3之间，所述电阻R8并联在所述三端稳压器U2与所述电阻R4之间。
优选的，所述取样电路包括：电位器POT2和电阻R6，所述电阻R6与所述电位器POT2串联在一起。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够有效消除电压信号在传输线上受到噪声的干扰，降低信号损耗，变换器中的R1、R2、POT1组成调零电路，实际上，该调零电路跨接在电桥的两臂上，通过调节POT1阻值改变电桥参数，人为地在电桥输出信号上迭加了一个小的电压，通过V/I变换后使零点电流（即空载电流）上移，POT1的1-2脚之间阻值增大时，Uo+电位升高，从而使零点电流增大，U2（OP07）、R7、Q1（S9015）及R3、R4、R5、R8组成电压差分放大器，该放大器的闭环放大倍数约为110，OP07是低失调运算放大器，它的输入失调电压低，输入偏置电流小，开环増益高，并且失调和増益具有较好的时间稳定性和温度稳定性，由于集成运放的负载能力小，为了增强运算放大器的输出电流，设置了三极管Q1（S9015），S9015是PNP型硅外延晶体管（三极管），如图1，B点是基极、C点是集电极、E点是发射极，三极管的作用是放大电流，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB会随之有一个小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明传感器与调零电路连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种荷重传感器信号变送装置，能够有效消除电压信号在传输线上受到噪声的干扰，降低信号损耗；
请参阅图1-2，包括交流滤波电路、调零电路、差分电压放大电路和取样电路，调零电路接入到交流滤波电路上，差分电压放大接入到交流滤波电路和调零电路上，取样电路接入到调零电路和差分电压放大电路上；
交流滤波电路包括：电阻R0、电动势E1、二极管D1、电容C1、三端稳压器U1和电容C2，电阻R0的一端接入到+24V电源上，二极管D1的一端与电阻R0的另一端相连，电动势E1并联在电阻R0和二极管D1之间，电动势E1的另一端接地，电容C1的一端与二极管D1的另一端相连，电容C1的另一端接地，三端稳压器U1的一端与二极管D1的另一端相连，三端稳压器U1的另一端接地，电容C2的一端与三端稳压器U1的第三端连接，电容C2的另一端接地，电阻R0和电动势E1组成交流滤波电路，二极管D1是为防止电源电压＋24V的反接而设置的保护二极管，电容C1和电容C2为三端稳压器U1的输入、输出滤波电容，变送器的工作电源为直流24V，它由外部（如仪表）提供，此电源经过三端稳压器U1（7812）输出直流12V，供变送器和荷重传感器使用，该电源的工作电流约为51mA；
调零电路包括：电阻R1、电阻R2和电位器POT1，电位器POT1串联在电阻R1和电阻R2之间，；
差分电压放大电路包括：三端稳压器U2、电阻R7、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R8，电阻R7的一端接入到三端稳压器U2的一端，三极管Q1的一端接入到电阻R7的另一端，电阻R3的一端接入到三端稳压器U2的另一端，电阻R4接入到三端稳压器U2的第三端，电阻R5并联在三端稳压器U2与电阻R3之间，电阻R8并联在三端稳压器U2与电阻R4之间，三端稳压器U2、电阻R7、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R8组成差分电压放大器，其电压放大倍数约为110，其中Q1的作用是电流放大；
取样电路包括：电位器POT2和电阻R6，电阻R6与电位器POT2串联在一起，电位器POT2（100Ω）和电阻R6为取样电阻；
外部接线，如图1所示，变送器插头P1的第1脚和第2脚分别接传感器电压信号输出的正端和负端，第3脚和第4脚分别接传感器供桥电压＋12V的正端和负端。插头P2的第1脚是变送器4～20mA电流信号的输出端，第2和第3脚分别接外部电源＋24V的正端和负端。
在具体使用时，传感器实际上是一个电桥（图2虚线框内），其桥臂电阻R为700Ω，传感器本身的输入电阻和输出电阻均为700Ω，在传感器输出端无电阻负载时输出信号为Uo，变换器中的R1、R2、POT1组成调零电路，实际上，该调零电路跨接在电桥的两臂上（见图2），通过调节POT1阻值改变电桥参数，人为地在电桥输出信号上迭加了一个小的电压，通过V/I变换后使零点电流（即空载电流）上移，POT1的1-2脚之间阻值增大时，Uo+电位升高，从而使零点电流增大，U2（OP07）、R7、Q1（S9015）及R3、R4、R5、R8组成电压差分放大器，该放大器的闭环放大倍数约为110，OP07是低失调运算放大器，它的输入失调电压低，输入偏置电流小，开环増益高，并且失调和増益具有较好的时间稳定性和温度稳定性；
闭环放大器的电压放大公式
本放大器是一个双回路半反馈型的差分电压放大器，输出电压基准点为二极管D2（1N4148）的负极，
设变送器的电压输入为Vi，电压输出为Vo（即R6、POT2上的电压），
有Vi＝(AIN1＋-AIN1－)
则Vo＝Vi×＝Vi×＝109.7Vi≈110Vi
OP07的主要参数为：
输入失调电压10µV；温度漂移200μV/℃；
偏置电流7000PpA；増益带宽积GB=600kHz；
消耗电流2.5mA；功耗500mW；
增大放大器的负载能力
由于集成运放的负载能力小，为了增强运算放大器的输出电流，设置了三极管Q1（S9015），S9015是PNP型硅外延晶体管（三极管），如图1，B点是基极、C点是集电极、E点是发射极，三极管的作用是放大电流，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB会随之有一个小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化，由于集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，所以三极管具有电流放大作用；
电流输出公式
R6、POT2（100Ω）一起组成取样电阻，其中POT2用于电流增益调节，
设4～20mA变送器的电流输出为Io，
有Io＝≈
可见，当输入电压一定时，输出电流随着电位器POT2阻值的改变而变化，并且电位器阻值减小时电流增大，
调试准备：根据传感器空载、满载信号的变化量ΔUo，选用并焊接电阻R6（见传感器空载、满载信号变化量ΔUo与变送器取样电阻R6选用对照表）：
若ΔUo﹤5mV，R6＝10Ω；
若5mV≤ΔUo﹤10mV，R6＝20Ω；
若10V≤ΔUo﹤20mV，R6＝43Ω；
若20V≤ΔUo﹤30mV，R6＝100Ω；
第一步、设备连接
把4～20mA电流变送器与荷重传感器、＋24V供电电源及输出电流表连接起来，并检查连线的正确性，然后，通电检查变送器各元件的工作电压是否正常，只有在外部连线正确和变送器各元件的工作电压均正常的情况下才能进行调试；
第二步、空载电流4mA的粗调
在荷重传感器空载的情况下调整变送器的输出电流4mA。假如输出电流不是4mA，这时调节POT1电位器（顺时针旋转输出电流变小，反之增大），使输出电流约为3．98毫安左右即可；
第三步、满载电流20mA的粗调
慢慢对荷重传感器加载，此时输出电流会逐渐增大。当加至满载时输出电流应为20mA。如果输出不是20mA，调节电位器POT2（顺时针旋转输出电流变大，反之减小。与调零电位器调节方向相反），使输出电流值约20mA；
第四步、空载电流4mA的精调
慢慢对荷重传感器卸载，卸载后稳定一会儿，观察4mA有无变化。如果稳定后的值比4mA大，说明电流调大了，这时把POT2逆时针调旋半圈，再顺时针调旋POT1使输出值到4mA左右；
如果稳定后的值比4mA小，说明电流调小了，这时把POT2顺时针调旋半圈，再逆时针调旋POT1使输出值到4mA左右；
第五步、满载电流20mA的精调
重新慢慢对荷重传感器加载，加满载后校核并调整20mA，步骤和第三步一样；
第六步、复核
调好卸载后再看4mA的变化，来判断调整的效果。若4mA不符合要求，应根据上一次的调整来确定POT2的调旋圈数并调整POT1使输出值到4mA左右；
第四步、第五步要反复进行几次，把调零和调增益的电位器调整到相匹配即可；
第七步、调整好后，做加载、卸载试验并记录测量的数据，至少要做三遍，如下表：
第八步、在做完试验并且误差在允许的范围内时，即可封胶固定可调电位器POT1和POT2；
第九步、胶干后装配好外壳，固定好输入、输出线，做好防水、防潮处理，贴上标签；
第十步、入库前还要再做一次通电加载试验，记录所测量的数据并存档。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (5)
1.一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：包括交流滤波电路、调零电路、差分电压放大电路和取样电路，所述调零电路接入到所述交流滤波电路上，所述差分电压放大接入到所述交流滤波电路和所述调零电路上，所述取样电路接入到所述调零电路和所述差分电压放大电路上。
2.根据权利要求1所述的一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：所述交流滤波电路包括：电阻R0、电动势E1、二极管D1、电容C1、三端稳压器U1和电容C2，所述电阻R0的一端接入到+24V电源上，所述二极管D1的一端与所述电阻R0的另一端相连，所述电动势E1并联在所述电阻R0和所述二极管D1之间，所述电动势E1的另一端接地，所述电容C1的一端与所述二极管D1的另一端相连，所述电容C1的另一端接地，所述三端稳压器U1的一端与所述二极管D1的另一端相连，所述三端稳压器U1的另一端接地，所述电容C2的一端与所述三端稳压器U1的第三端连接，所述电容C2的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：所述调零电路包括：电阻R1、电阻R2和电位器POT1，所述电位器POT1串联在所述电阻R1和所述电阻R2之间。
4.根据权利要求1所述的一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：所述差分电压放大电路包括：三端稳压器U2、电阻R7、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R8，所述电阻R7的一端接入到所述三端稳压器U2的一端，所述三极管Q1的一端接入到所述电阻R7的另一端，所述电阻R3的一端接入到所述三端稳压器U2的另一端，所述电阻R4接入到所述三端稳压器U2的第三端，所述电阻R5并联在所述三端稳压器U2与所述电阻R3之间，所述电阻R8并联在所述三端稳压器U2与所述电阻R4之间。
5.根据权利要求1所述的一种荷重传感器信号变送装置，其特征在于：所述取样电路包括：电位器POT2和电阻R6，所述电阻R6与所述电位器POT2串联在一起。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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