CN202471796U

CN202471796U - 电流信号取样电阻自检测电路

Info

Publication number: CN202471796U
Application number: CN 201220044003
Authority: CN
Inventors: 张颂; 杨汶佼; 庞欣然; 胡一智; 李波波
Original assignee: Zhejiang Supcon Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Supcon Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-02-10

Abstract

本实用新型实施例公开了电流信号取样电阻自检测电路，其包括：接入信号回路并且相互串联的第一取样电阻和第二取样电阻；与第一取样电阻相连接的第一调理电路；与第二取样电阻相连接的第二调理电路；同时与第一调理电路和第二调理电路相连接的模拟至数字转换器ADC；与ADC的输出端相连接的中央控制器。中央控制器可在其他器件的协助下，完成电流采样值是否有效以及电流信号取样电阻是否异常的自检测。

Description

电流信号取样电阻自检测电路

技术领域

本实用新型涉及电流信号采集技术领域，尤其涉及电流信号取样电阻自检测电路。

背景技术

电流信号采集(取样)电路使用取样电阻接入信号回路，以将信号回路的电流信号线性转换成电压信号后供运放、AD转换器件等使用。因此，取样电阻的阻值偏差直接影响到电流信号取样电路的转换精度。

现有的电流信号取样电路只使用一个取样电阻，因此，如该取样电阻因随机失效、阻值飘移、腐蚀、回路浪涌等原因导致其阻值变化时，电流信号取样电路将会随之发生测量偏差增大，甚至测量错误的情况。而现有的电流信号取样电路又无法检测到上述错误，从而最终导致现场信号误判，造成较大的安全隐患，进而无法满足安全仪表、安全系统等高可靠性应用的场合。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了电流信号取样电阻自检测电路，以解决上述一系列问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电流信号取样电阻自检测电路，包括：

接入信号回路并且相互串联的第一取样电阻和第二取样电阻；

与所述第一取样电阻相连接的第一调理电路；

与所述第二取样电阻相连接的第二调理电路；

同时与所述第一调理电路和第二调理电路相连接的模拟至数字转换器ADC；

与所述ADC的输出端相连接的中央控制器。

可见，当第一取样电阻(以下简称R1)、第二取样电阻(以下简称R2)接入信号回路后，R1的两端电压为U2，R1两端电压与R2两端电压之和为U1。第一调理电路可对U2进行调理，调理后输出模拟电压信号U4，而第二调理电路可对U1进行调理，调理后输出模拟电压信号U3；ADC可对调理后的两个电压信号U3和U4分别进行AD转换，以得到数字电压信号U5和U6。而中央控制器则可分析U5和U6的比值是否落在允许的偏差范围内，如果是，则取U5/R1值为实际电流值，否则，认为取样电阻异常(故障)或信号异常，ADC采集的电压值不可用，进而电流采样值无效。

这样一来，中央控制器可在其他器件的协助下，完成电流采样值是否有效的自检测，并可在确定有效时，取U5/R1值为实际电流值完成电流信号采样。为防止两个取样电阻同时出现相同的偏差，可使用不同阻值、不用型号的电阻器作为R1和R2，从而可在一定程度上消减因取样电阻随机失效、阻值飘移、腐蚀、回路浪涌等原因而导致的阻值变化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电流信号取样电阻自检测电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第一调理电路或第二调理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在自动控制领域中，(0～20)mA、(4～20)mA电流信号是标准的电流信号，因其抗干扰性强，信号转换方便等特点，广泛应用于工业现场控制中。例如：变送器可根据现场物理量的大小转换(4～20)mA的电流信号输出，供控制系统采集、运算；调节阀、变频器等可根据控制系统输出的(4～20)mA范围内的电流信号控制阀门开度、电机转速等。

上述控制系统、调节阀、变频器等部件都需要采集信号回路中的(4～20)mA的电流信号，并可能与模拟至数字转换器(ADC)、运放等电子电路相连。但ADC、运放电路又只能对电压信号进行转换、运算，因此需要利用电流信号采集电路将上述电流信号转换成电压信号。

在现有技术中，(4～20)mA信号电流信号取样电路通常使用一个50Ω～250Ω的精密电阻作为取样电阻接入信号回路，根据欧姆定律I＝U/R计算取样电阻的两端电压即可获得上述信号回路的电流(也即获得了电流信号)。

而根据欧姆定律I＝U/R可以得知，取样电阻的阻值偏差将直接影响到取样电路的转换精度。如取样电阻因随机失效、阻值飘移、腐蚀、回路浪涌等原因导致阻值发生变化时，取样电路随之也将会出现测量偏差增大，甚至出现测量错误的现象。而现有的电流信号取样电路又无法检测到上述错误，从而最终导致现场信号误判，造成较大的安全隐患，进而无法满足安全仪表、安全系统等高可靠性应用的场合。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种电流信号取样电阻自检测电路，以解决上述一系列问题。

参见图1，上述电流信号取样电阻自检测电路可包括：

接入信号回路，并且相互串联的第一取样电阻R1和第二取样电阻R2。具体的，R1的下端可接地；

与第一取样电阻R1相连接的第一调理电路1；

与第二取样电阻R2相连接的第二调理电路2；

同时与第一调理电路1和第二调理电路2相连接的ADC3；

以及，与ADC3的输出端相连接的中央控制器4。

上述各器件的工作原理如下：

当R1、R2接入信号回路后，R1的上端电压为U2，而R2的上端电压为U1(也即R1的两端电压与R2的两端电压之和为U1)。第一调理电路1对U2进行调理，调理后输出模拟电压信号U4，而第二调理电路2可对U1进行调理，调理后输出模拟电压信号U3。

ADC对调理后的两个电压信号U3和U4分别进行AD转换，以得到数字电压信号U5和U6。

中央控制器则可根据数字电压信号U5和U6进行运算分析，分析二者间的比值是否落在允许的偏差范围内，如果是，则取U5/R1值为实际电流值，否则，认为取样电阻异常或信号异常，ADC采集的电压值不可用，进而电流采样值无效。

这样一来，中央控制器可在其他器件的协助下，完成电流采样值是否有效的自检测，并可在确定有效时，取U5/R1值为实际电流值完成电流信号采样。而在本实用新型其他实施例中，可使用不同阻值、不用型号的电阻器作为R1和R2，以防止两个取样电阻同时出现相同的偏差，从而可在一定程度上消减因取样电阻随机失效、阻值飘移、腐蚀、回路浪涌等原因而导致的阻值变化。

需要注意的是，R1和R2的阻值可以根据实际电流信号的大小进行选取。在工业标准的(4～20)mA信号采集中，通常对R1与R2的阻值进行选择，以使R1与R2的阻值之和落在(50～250)Ω范围内。

在本实用新型其他实施例中，上述第一调理电路1可具有两个输入端，这两个输入端可分别与R1的两端相连接，以获取R1两端电压U2。

同理，在本实用新型其他实施例中，上述第二调理电路2也具有两个输入端，这两输入端中的一个可与R2的上端相连接，另一个接地，以获取电压U1。

上述第一调理电路1和第二调理电路2对电压信号的调理可包括信号比例缩放、信号滤波和阻抗变换等。相应的，参见图2，在本实用新型其他实施例中，上述第一调理电路1和第二调理电路2均可包括比例缩放电路或比例缩放器101、滤波电路或滤波器102，以及阻抗变换电路或阻抗变换器103。并且，101、102、103三者的连接关系可视实际情况而定，比如101至103可依次串联，本实用新型不作此限制。

下面将对中央控制器4的工作作具体介绍。

中央控制器4可对上述电压采样值U5、U6进行除法运算，以得到一个电压比值X(X＝U5/U6)。

当X与取样电阻比例R1/(R1+R2)偏差在允许范围内时，即同时满足

且

(a为允许的最大采样偏差)，则认为取样电阻正常，取U5/R1值为实际电流值。否则，认为取样电阻异常或信号异常，ADC采集的电压值不可用，进而判定电流采样值无效。

基于上述对中央控制器4的工作，在本实用新型其他实施例中，上述中央控制器4可包括除法运算器和判断器。

其中，除法运算器可用于计算U5/U6，判断器则可用于判断U5/U6的值是否在允许的偏差范围内，并进而判断ADC采集的电压值是否可用。

当然，在本实用新型其他实施例中，上述中央控制器4还可包括其他运算器以计算

和

另外，鉴于R1、R2以及a均已知，在本实用新型其他实施例中，也可在判断器中直接存储

和

的值。或者使用独立的存储器存储

和的值，以便于判断器进行判断。

具体的，上述中央控制器或判断器可以输出高低电平，以高电平(或低电平)表示ADC采集的电压值可用，以低电平(或高电平)表示ADC采集的电压值不可用。

优选的，在本实用新型其他实施例中，上述电流信号取样电阻自检测电路或中央控制器4还可包括报警器，以在判断器判断出取样电阻异常或ADC采集的电压值不可用时，进行报警。

在具体实现时，报警器可为声光三色灯、蜂鸣器、喇叭等。

在本实用新型其他实施例中，上述判断器可在

或

时，得出ADC采集的电压值不可用的判断结果。并在连续预定次数(比如2次、3次、4次等)出现ADC采集的电压值不可用时，得出取样电阻异常的判断结果。并可使用不同的报警器来警示出现ADC采集的电压值不可用，以及取样电阻异常。

与之相对应，在本实用新型其他实施例中，上述电流信号取样电阻自检测电路或中央控制器4还可包括计时器。每出现ADC采集的电压值不可用时，计时器即加1，当加到上述预定次数时，警示取样电阻异常的报警器则进行报警。

当然计时器也可倒计，即：从上述预定次数开始倒计，每出现ADC采集的电压值不可用情况时，即减1，减到0后，警示取样电阻异常的报警器则进行报警。

在本实用新型其他实施例中，上述所有中央控制器4均可为微控制单元(MCU)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，包括：

与所述第一取样电阻相连接的第一调理电路；

与所述第二取样电阻相连接的第二调理电路；

与所述ADC的输出端相连接的中央控制器。

2.根据权利要求1所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述第一调理电路具有两输入端，所述两输入端分别与所述第一取样电阻的两端相连接。

3.根据权利要求2所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述第二调理电路具有两输入端，所述第二调理电路的其中一个输入端与所述第二取样电阻的上端相连接，所述第二调理电路的另一个输入端接地。

4.根据权利要求3所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述第一调理电路和第二调理电路均包括比例缩放电路或比例缩放器、滤波电路或滤波器，以及阻抗变换电路或阻抗变换器。

5.根据权利要求4所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述中央控制器包括除法运算器和判断器。

6.根据权利要求5所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述电流信号取样电阻自检测电路或中央控制器还包括报警器。

7.根据权利要求6所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，所述电流信号取样电阻自检测电路或中央控制器还包括计时器。

8.如权利要求1-7任一项所述的电流信号取样电阻自检测电路，其特征在于，包括所述中央控制器具体为微控制单元MCU。