CN201307123Y - 振动速度与温度组合一次仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种振动速度与温度组合一次仪表，其结构包括有半导体振动加速度传感器，信号调理及积分电路，温度传感器及信号调理电路，两个电压电流转换电路以及滤波稳压电路，所述半导体振动加速度传感器由ADXL320集成芯片的输出接运算放大器U3A，构成一个频响为0～2500Hz的振动加速度传感器；信号调理及积分电路是在积分电路的输出端接交流放大和带通滤波电路，这样可在振动速度的整个频率范围内都具有比较均匀的输出特性，使得一次仪表的电路结构合理，性能更加稳定。

Description

振动速度与温度组合一次仪表

技术领域

本实用新型涉及一种机械设备用的监控仪表，具体地说是一种振动速度与温度组合一次仪表。

背景技术

“振动速度和温度组合监控仪”是本人设计的一项专利产品，专利号为ZL200620024026.0。该专利一种是振动速度与温度组合式的监控装置，由一次仪表与二次仪表配合连接组成，其中一次仪表包括有半导体振动加速度传感器、信号调理及积分电路、温度采样及调理放大电路、电流变换输出电路和稳压电路等六部分。该装置可以实现对机械设备的振动速度与温度的监控，避免设备带故障运行，起到保护设备正常运行的作用。但是在该装置一次仪表中所使用的一种ADXL105半导体振动加速度传感器，厂家现已停产，难于采购，使监控装置不便实现，而且，这种半导体振动加速度传感器还存在有元件尺寸大(10.5mm×10mm)、功耗较大(5V×1.8mA)的不足；另外，在一次仪表的信号调理及积分电路中，振动信号的交流放大电路是在积分电路的前级，在信号频率的高端(约2kHz以上)，难于使得振动速度信号达到满量程输出，使得应用范围受到一定的限制。

原电压电流转换电路的结构特点决定了电源电压的变化会影响电流输出从而影响精度，这就要求电源电压具有足够的稳定性以保证系统精度，但是在精度要求更高的情况下就需选用性能更好的元器件因而增加成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种电路结构及性能更具合理、性能更加稳定的振动速度与温度组合一次仪表。

本实用新型是这样实现的：一种振动速度与温度组合一次仪表，包括有半导体振动加速度传感器，信号调理及积分电路，温度传感器及信号调理电路，两个电压电流转换电路以及滤波稳压电路，所改进之处：

一是所述半导体振动加速度传感器由型号为ADXL320的集成电路芯片U₁的输出接运算放大器U3A的正向输入端，运算放大器U3A的输出反馈线接至运算放大器U3A的反向输入端，在集成电路芯片U₁的输出端并接有电容C₄，由此构成一个频响为0～2500Hz、灵敏度典型值为312mV/g(5V电源电压)的振动加速度传感器；

二是所述信号调理及积分电路由电容C₅、C₇和电阻R₂、R₃与运算放大器U3B配接所搭接成的积分电路，积分电路的输出接由电容C₈、C₁₀、电阻R₅、R₆和电位器W₄与运算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和带通滤波电路，在运算放大器U2D的正向输入端接有由电阻R₁、R₄、电容C₉和电位器W₃接成的静态输出电压调整电路。

本实用新型以型号为ADXL320的集成电路芯片(尺寸为4mm×4mm、功耗为5V×0.75mA)取代原有的ADXL105集成电路芯片，其较小的尺寸可以方便地进行线路板布局，还可减少一次仪表的功率消耗。在振动加速度的信号调理及积分电路中，将交流放大和带通滤波电路设置在了积分电路的后级，这样可在振动速度的整个频率范围内都具有比较均匀的输出特性，使得一次仪表的电路结构合理，性能更加稳定。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构框图。

图2是本实用新型的电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的半导体振动加速度传感器1接在信号调理及积分电路2的检测输入端，通过该电路将检测到的振动加速度信号变换成为表示振动速度的电压信号；信号调理及积分电路2的输出接电压电流转换电路3，将表示振动速度的电压信号变换成4～20mA的电流信号，向二次仪表输出振动速度检测信号；温度传感器及信号调理电路4的输出接电压电流转换电路5，将检测到的温度信号经调理后输出，然后再转换成4～20mA的电流信号，向二次仪表输出温度检测信号；滤波稳压电路6为上述各部分电路提供直流工作电压。

图2是本实用新型的一种具体实现电路。其中半导体振动加速度传感器1由型号为ADXL320的集成电路芯片U₁的输出接运算放大器U3A的正向输入端，运算放大器U3A的输出反馈线接至运算放大器U3A的反向输入端，在集成电路芯片U₁的输出端并接有电容C₄。电容C₄和运算放大器U3A组成对振动加速度信号的滤波和输出阻抗变换。本半导体振动加速度传感器1的电源电压范围为2.4V～5.25V，在5V电源电压下的工作电流为0.75mA。频响特性可与外接电容C₄共同确定。当C₄＝0.002μF时，频响特性为0～2500Hz。本振动加速度传感器在5V电源电压时的灵敏度典型值为312mV/g，工作温度范围为—20℃～70℃，可以满足多种条件下机械设备的监控要求。

信号调理及积分电路2由电容C₅、C₇和电阻R₂、R₃与运算放大器U3B配接所搭接成的积分电路，积分电路的输出接由电容C₈、C₁₀、电阻R₅、R₆和电位器W₄与运算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和带通滤波电路，在运算放大器U2D的正向输入端接有由电阻R₁、R₄、电容C₉和电位器W₃接成的静态输出电压调整电路，为积分电路中的运算放大器U3B设定合适的输出电压范围。调整W₃，将U2D的静态输出电压调整至合适值，使得振动速度为零时，电压电流转换电路3输出12mA电流；调整W₄，使得振动速度的信号幅度符合后级的4～20mA电压电流转换电路3的要求。

电压电流转换电路3由前级的运算放大器U2C与后级的三极管N₁连接组成，由三极管N₁发射极引出的电阻R₉、R₁₀和电位器W₅接成的分压电路接在运算放大器U2C的反向端，电阻R₇、R₈并接在运算放大器U2C的同向端，实现信号相加，通过参数调整用以实现恒流特性。三极管N₁是用来增强对负载的驱动能力。电压电流转换电路3将振动速度电压信号转换为标准4～20mA电流输出，通过插座CZ₁的2脚输出，再通过传输电缆接至二次仪表的振动信号输入端，向二次仪表内部的采样电阻输出振动速度检测信号。

通过理论计算和试验表明，该转换电路简单、经济，且具有很好的恒流源特性，因此，电源电压随温度的一些变化不会对电流输出产生影响，转换电路线性好，频率响应好，恒流特性好，性能更加稳定，可以显著提高转换精度和稳定性，更加适合于远距离信号传输。

本实用新型在温度采样及调理放大电路4中选用标准热电阻CU50作为温度传感器。CU50作为标准热电阻，具有很好的可互换性。

温度传感器及信号调理电路4由电阻R₁₃～R₁₉、电容C₁₂～C₁₅和电位器W₁、W₂与运算放大器U2A搭接组成。由电阻R₁₃为标准热电阻CU50提供工作偏置电流，并与电阻R₁₄、R₁₅和电位器W₁组成桥路。调整W1可以使桥路平衡，并使得桥路输出一个随温度变化而变化的电压信号。滤波电容C₁₂、C₁₃、C₁₄滤除温度信号中的干扰。电阻R₁₆～R₁₉、电容C₁₅和电位器W₂与运算放大器U2A组成了温度信号的调理与滤波放大电路。调整W2，使得温度信号幅度符合后级的4～20mA电压电流转换电路5的要求。

温度检测信号输出的电压电流转换电路5是由电阻R₂₀～R₂₅、电容C₁₆、电位器W₆、运算放大器U2B和三极管N₂搭接组成，其与振动速度检测信号输出的电压电流转换电路3可采用相同的电路结构，并将温度电压信号转换为标准4～20mA电流输出，通过插座CZ₁的1脚输出，再通过传输电缆接至二次仪表的温度信号输入端，向二次仪表内部的采样电阻输出温度信号。

滤波稳压电路6可采用常规的滤波稳压电路。

Claims (3)

1、一种振动速度与温度组合一次仪表，包括有半导体振动加速度传感器(1)，信号调理及积分电路(2)，温度传感器及信号调理电路(4)，电压电流转换电路(3，5)以及滤波稳压电路(6)，其特征在于：

所述半导体振动加速度传感器(1)由型号为ADXL320的集成电路芯片U₁的输出接运算放大器U3A的正向输入端，运算放大器U3A的输出反馈线接至运算放大器U3A的反向输入端，在集成电路芯片U₁的输出端并接有电容C₄；

所述信号调理及积分电路(2)由电容C₅、C₇和电阻R₂、R₃与运算放大器U3B配接所搭接成的积分电路，积分电路的输出接由电容C₈、C₁₀、电阻R₅、R₆和电位器W₄与运算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和带通滤波电路，在运算放大器U2D的正向输入端接有由电阻R₁、R₄、电容C₉和电位器W₃接成的静态输出电压调整电路。

2、根据权利要求1所述的振动速度与温度组合一次仪表，其特征在于所述温度传感器及信号调理电路(4)中的温度传感器采用标准热电阻CU50。

3、根据权利要求1所述的振动速度与温度组合一次仪表，其特征在于所述电压电流转换电路(3)由前级的运算放大器U2C与后级的三极管N₁连接组成，由三极管N₁发射极引出的电阻R₉、R₁₀和电位器W₅组成的分压电路接在运算放大器U2C的反向端，电阻R₇、R₈并接在运算放大器U2C的同向端，实现信号相加。