CN113572470A - 一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于国产分立器件的4‑20mA调理电路，属于工业控制及信号处理领域。本发明调理电路包括运算放大器U2A，电阻R1‑R11及可调电阻R12，U2A的8脚连接+15V供电，4脚连接‑15V供电，1脚作为电压输出V_OUT；U2A的2脚连接可调电阻R12、电阻R7的一端，R12的另一端与R5连接,R5另一端连接I_IN‑，电阻R1、R3的一端连接I_IN‑，另一端连接I_IN+；U2A的3脚连接电阻R6、R8的一端，R6的另一端连接电阻R2、R4的一端，电阻R2、R4的另一端连接I_IN+；电阻R7的另一端连接电阻R9、R10、R11的一端，电阻R9的另一端接地，R10的另一端连接U2A的1脚；R11的另一端连接R8的另一端后接地。本发明通过国产运算放大器配合高精度电阻等分立器件，实现对传感器输出的4‑20mA电流信号高精度调理成为1‑5V电压信号。

Description

一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路
技术领域
本发明属于工业控制及信号处理领域，具体涉及一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路，特别涉及4-20mA传感器电流采集方面，采用此方案可以在国产化的情况下实现高精度的电流采集。
背景技术
目前4-20mA传感器电流调理电路主要是采用进口工业级模拟集成电路或者采用商业级电流变送器实现电流转换成电压的过程。商业级电流变送器无法满足军用环境条件，进口工业级模拟集成电路虽然可以很好的实现4-20mA信号的调理与采集，但是无法满足国产化要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路，以解决4-20mA传感器电流调理电路的国产化问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路，该调理电路包括运算放大器U2A，电阻R1-R11以及可调电阻R12，
U2A的8脚连接+15V供电，4脚连接-15V供电，1脚作为电压输出V_OUT；
U2A的2脚连接可调电阻R12、电阻R7的一端，R12的另一端与R5连接,R5另一端连接I_IN-，电阻R1、R3的一端连接I_IN-，另一端连接I_IN+；
U2A的3脚连接电阻R6、R8的一端，R6的另一端连接电阻R2、R4的一端，电阻R2、R4的另一端连接I_IN+；
电阻R7的另一端连接电阻R9、R10、R11的一端，电阻R9的另一端接地，R10的另一端连接U2A的1脚；R11的另一端连接R8的另一端后接地。
进一步地，R1、R2、R3、R4、R7、R9、R11均采用精度为0.01℅电阻以保证精度。
进一步地，R12为5KΩ的可调电阻。
进一步地，调理电路在使用前需要接基准电流源通过调节R12对边界值进行校准，从而实现精确地将4-20mA转换为1-5V的调理电路。
进一步地，R1＝R2。
进一步地，R3＝R4。
进一步地，R5＝R6。
进一步地，R1、R2为301Ω，R3、R4为75Ω，R5、R6为300KΩ，R7为99KΩ，R8为100KΩ，R9为92KΩ，R10为11.5KΩ，R11为1.01KΩ。
进一步地，该调理电路的输入为4-20mA电流信号，输出为1-5V电压信号。
进一步地，该调理电路的输出电压V_OUT与输入电流I_IN之间的关系为：
Figure BDA0003227440920000021
(三)有益效果
本发明提出一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路，本发明通过国产运算放大器配合高精度电阻等分立器件，实现对传感器输出的4-20mA电流信号高精度调理成为1-5V电压信号。
附图说明
图1为本发明分立式4—20mA传感器调理电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决4-20mA传感器电流调理电路的国产化问题，本发明提供了一种基于现有国产化分立元器件实现对4-20mA传感器电流信号的调理，可以精确获得相对应的1V-5V电压信号，满足国产化的需要。
参照附图和实例对本发明进行阐述。如附图1所示，
本发明的一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路包括运算放大器U2A，电阻R1-R11以及可调电阻R12。
U2A为777厂的7F158A运算放大器，U2A的8脚连接+15V供电，4脚连接-15V供电，1脚作为电压输出V_OUT。
U2A的2脚连接可调电阻R12、电阻R7的一端，R12的另一端与R5连接,R5另一端连接I_IN-，电阻R1、R3的一端连接I_IN-，另一端连接I_IN+；
U2A的3脚连接电阻R6、R8的一端，R6的另一端连接电阻R2、R4的一端，电阻R2、R4的另一端连接I_IN+；
电阻R7的另一端连接电阻R9、R10、R11的一端，电阻R9的另一端接地，R10的另一端连接U2A的1脚；R11的另一端连接R8的另一端后接地。
图1中的R1、R2、R3、R4、R7、R9、R11均采用精度为0.01℅电阻以保证精度，且这几个电阻的阻值选择为本发明的关键。由虚短、虚断、基尔霍夫定律可以得到V_OUT与I_IN之间的关系下式所示，
Figure BDA0003227440920000031
Figure BDA0003227440920000032
其中R12为5KΩ的可调电阻。调理电路在使用前需要接基准电流源通过调节R12对边界值进行校准，从而实现精确地将4—20mA转换为1-5V的调理电路，便于后续采集。
其中，R1＝R2、R3＝R4、R5＝R6。
具体的阻值选取参见图1，R1、R2为301Ω，R3、R4为75Ω，R5、R6为300KΩ，R7为99KΩ，R8为100KΩ，R9为92KΩ，R10为11.5KΩ，R11为1.01KΩ。
本发明的益处：
本发明通过国产运算放大器配合高精度电阻等分立器件，实现对传感器输出的4-20mA电流信号高精度调理成为1-5V电压信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，该调理电路包括运算放大器U2A，电阻R1-R11以及可调电阻R12，
U2A的8脚连接+15V供电，4脚连接-15V供电，1脚作为电压输出V_OUT；
U2A的2脚连接可调电阻R12、电阻R7的一端，R12的另一端与R5连接,R5另一端连接I_IN-，电阻R1、R3的一端连接I_IN-，另一端连接I_IN+；
U2A的3脚连接电阻R6、R8的一端，R6的另一端连接电阻R2、R4的一端，电阻R2、R4的另一端连接I_IN+；
电阻R7的另一端连接电阻R9、R10、R11的一端，电阻R9的另一端接地，R10的另一端连接U2A的1脚；R11的另一端连接R8的另一端后接地。
2.如权利要求1所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R1、R2、R3、R4、R7、R9、R11均采用精度为0.01℅电阻以保证精度。
3.如权利要求1所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R12为5KΩ的可调电阻。
4.如权利要求3所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，调理电路在使用前需要接基准电流源通过调节R12对边界值进行校准，从而实现精确地将4-20mA转换为1-5V的调理电路。
5.如权利要求1所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R1＝R2。
6.如权利要求1所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R3＝R4。
7.如权利要求1所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R5＝R6。
8.如权利要求1-7任一项所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，R1、R2为301Ω，R3、R4为75Ω，R5、R6为300KΩ，R7为99KΩ，R8为100KΩ，R9为92KΩ，R10为11.5KΩ，R11为1.01KΩ。
9.如权利要求1-7任一项所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，该调理电路的输入为4-20mA电流信号，输出为1-5V电压信号。
10.如权利要求1-7任一项所述的基于国产分立器件的4-20mA调理电路，其特征在于，该调理电路的输出电压V_OUT与输入电流I_IN之间的关系为：
Figure FDA0003227440910000021
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