CN204347674U

CN204347674U - 一种变送器电流平均值电路

Info

Publication number: CN204347674U
Application number: CN201520001854.1U
Authority: CN
Inventors: 凌云; 陈刚; 曾红兵
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2025-01-05

Abstract

本实用新型公开的一种变送器电流平均值电路，由模拟开关电流平均值单元、输入信号比较单元、逻辑控制单元、电流平均值放大变送单元组成，设有4个电流输入端，1个平均值电流变送输出端，能够自动判别各电流输入端的输入电流是否输入并有效，将有效的输入端电流平均值计算出来，并从平均值电流变送输出端输出。所述电路可以用在需要计算多个变送器电流的平均值并输出的场合。

Description

一种变送器电流平均值电路

技术领域

本实用新型涉及一种变送器信号处理电路，尤其是一种变送器电流平均值电路。

背景技术

在很多情况下，同一参数测量的结果需要使用多点测量值的平均值。当测量系统的传感器输入通道数量不够，特别是测量系统在设计之初是使用单个参数测量变送器进行参数测量与变送，需要增加参数测量变送器的数量，改成使用多点测量值的平均值方案时，测量系统将面临需要重新设计的情况。

发明内容

本实用新型的目的是为多点测量值的平均值计算提供一种解决方案，即能够自动判断计算多个变送器电流的平均值并输出的电路。

为了实现上述目的，本实用新型提供由模拟开关电流平均值单元、输入信号比较单元、逻辑控制单元、电流平均值放大变送单元组成。

所述模拟开关电流平均值单元包括多路开关分流支路1－4；所述多路开关分流支路1－4各设有1个电流输入端，多路开关分流支路1－4的电流输入端分别输入电流I1－I4；所述模拟开关电流平均值单元还设有分流输出端。

所述多路开关分流支路1由取样电阻R1、多路开关U1以及分流电阻R11、分流电阻R12、分流电阻R13、分流电阻R14组成；取样电阻R1串联在输入电流I1回路中，其输入电流I1流出端连接至公共地；取样电阻R1的输入电流I1流入端设为取样电压输出端V1；多路开关U1包括有公共端X和4个通道端X0－X3，通断选择控制端A、B，以及使能控制端INH；分流电阻R11、分流电阻R12、分流电阻R13、分流电阻R14的一端分别连接至U1的4个通道端X0－X3，另外一端并联至分流输出端；U1的公共端X连接至取样电阻R1的输入电流I1流入端。

所述多路开关分流支路2由取样电阻R2、多路开关U2以及分流电阻R21、分流电阻R22、分流电阻R23、分流电阻R24组成；多路开关分流支路3由取样电阻R3、多路开关U3以及分流电阻R31、分流电阻R32、分流电阻R33、分流电阻R34组成；多路开关分流支路4由取样电阻R4、多路开关U4以及分流电阻R41、分流电阻R42、分流电阻R43、分流电阻R44组成；多路开关分流支路2－4的结构与多路开关分流支路1相同；所述取样电阻R2的输入电流I2流入端设为取样电压输出端V2；所述取样电阻R3的输入电流I3流入端设为取样电压输出端V3；所述取样电阻R4的输入电流I4流入端设为取样电压输出端V4。

所述多路开关U1－U4均设有通断选择控制端B、A和使能控制端INH。

所述模拟开关电流平均值单元还包括有电阻R0；电阻R0的两端分别连接至分流输出端和公共地。

所述输入信号比较单元由4个比较器CA1－CA4和电位器RW1组成；电位器RW1的滑动端为比较电压阈值端VREF，比较电压阈值端VREF连接至所有4个比较器CA1－CA4的负输入端；比较器CA1－CA4的正输入端分别连接至取样电压V1－V4，输出端输出开关控制信号SW1－SW4。

所述开关控制信号SW1－SW4分别连接至多路开关U1－U4的使能控制端INH。

所述逻辑控制单元为组合逻辑电路，输入是开关控制信号SW1－SW4，输出多路开关控制信号S2、S1。

所述多路开关U1－U4的通断选择控制端B并联后连接至多路开关控制信号S2，通断选择控制端A并联后连接至多路开关控制信号S1。

所述电流平均值放大变送单元由电流变送器U01和三极管V01、电容C01组成。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：需要计算平均值的变送器电流数量，可以是所述电路最大输入端子数量之内的任意值；需要计算平均值的多个变送器电流，可以任意选择输入端接入；所述电路能够直接输出多个变送器电流的平均值；当有输入变送器电流环路开路时，所述电路能够自动计算剩余有效工作的变送器电流的平均值并输出。

附图说明

图1为电路的结构框图。

图2为模拟开关电流平均值单元。

图3为输入信号比较单元。

图4为逻辑控制单元。

图5为电流平均值放大变送单元。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

本实用新型的结构框图如图1所示，一种变送器电流平均值电路，由模拟开关电流平均值单元、输入信号比较单元、逻辑控制单元、电流平均值放大变送单元组成。

模拟开关电流平均值单元如图2所示。

模拟开关电流平均值单元设有分流输出端，包括4条结构与参数相同的多路开关分流支路1－4，每条多路开关分流支路设有1个电流输入端，每个电流输入端都可以接入1个变送器电流环路。

多路开关分流支路1由取样电阻R1、多路开关U1以及分流电阻R11、R12、R13、R14组成。

取样电阻R1串联在输入电流I1回路中，其输入电流I1流出端连接至公共地；取样电阻R1的输入电流I1流入端设为取样电压输出端V1。多路开关U1包括有公共端X和4个通道端X0－X3，通断选择控制端A、B，以及使能控制端INH。分流电阻R11、R12、R13、R14的一端分别连接至U1的4个通道端X0－X3，另外一端并联至分流输出端；U1的公共端X连接至取样电阻R1的输入电流I1流入端。

多路开关分流支路2由取样电阻R2、多路开关U2以及分流电阻R21、R22、R23、R24组成；多路开关分流支路3由取样电阻R3、多路开关U3以及分流电阻R31、R32、R33、R34组成；多路开关分流支路4由取样电阻R4、多路开关U4以及分流电阻R41、R42、R43、R44组成。多路开关分流支路2－4的结构与多路开关分流支路1相同。

多路开关U1－U4的通断选择控制端B、A都分别连接至多路开关控制信号S2、S1；多路开关U1－U4的使能控制端INH分别连接至开关控制信号SW1－SW4。

多路开关U1－U4均选择多路模拟开关器件CD4052。

输入信号比较单元如图3所示。

输入信号比较单元由4个比较器CA1－CA4和电位器RW1组成，电位器RW1的滑动端为比较电压阈值端VREF，比较电压阈值端VREF连接至了所有4个比较器CA1－CA4的负输入端；比较器CA1－CA4的正输入端分别连接至取样电压V1－V4，输出端输出开关控制信号SW1－SW4。

比较器CA1－CA4选择LM339。

逻辑控制单元示意图如图4所示。

逻辑控制单元为组合逻辑电路，输入信号是SW1－SW4，输出多路开关控制信号S2、S1。图4的逻辑功能采用ROM实现。

电流平均值放大变送单元如图5所示，由电流变送器U01和三极管V01、电容C01组成。电流变送器U01选择XTR115。三极管V01的集电极、基极、发射极分别连接至电流变送器U01的电源端U+、基极端B、发射极端E；电容C01的一端连接至电流变送器U01的电源端U+，另外一端连接至电流变送器U01的变送电流输出端Iout。

电流变送器U01的电流输入端Iin为变送电流输入端，IRET为变送电流返回端；电流变送器U01的变送电流输出端Iout和电源端U+共同组成平均值电流变送输出端IOUT。电流变送器U01的变送电流返回端IRET连接至公共地，变送电流输入端Iin为虚地端。

所述变送器电流平均值电路由直流电源+VCC供电。

上述变送器电流平均值电路的工作原理是：

开关控制信号SW1－SW4低电平有效，其有效时，多路开关U1－U4的使能控制端INH相应有效，多路开关工作，公共端X与多路开关控制信号S2、S1选择的通道端接通；其无效时，多路开关的公共端X与所有通道端均断开。

电流输入端接入的输入电流有效范围是4-20mA，电流输入端未接或者故障开路时，输入电流小于4mA。以输入电流I1为例，I1流经取样电阻R1转换为取样电压V1，输入信号比较单元对取样电压V1进行判别，得到开关控制信号SW1；当取样电压V1大于比较电压阈值VREF时，输入电流I1有效，开关控制信号SW1有效；否则，开关控制信号SW1无效。

在4个电流输入端中，设有p个输入端接入了变送器电流环路且输入电流有效，p为大于等于1、小于等于n的整数；则与该p个输入电流相应的p个开关控制信号有效，对应的p条多路开关分流支路的多路开关导通，对各自的输入电流进行分流；该p条多路开关分流支路的分流电流在分流输出端汇总。分流输出端连接至了变送电流输入端，变送电流输入端为虚地端，即与公共地为等电位点。

设I_Σ为该p个输入电流值之和，则电流平均值放大变送单元输出的平均值电流为该p个输入电流的平均值，即

。

或者说，平均值电流IOUT为该p个电流输入端每个输入电流的 1/p电流之和。每个输入电流的 1/p电流由模拟开关电流平均值单元中的多路开关分流支路实现。

电流平均值放大变送单元对输入电流放大后再变送输出，即

式中，k是电流平均值放大变送单元的电流放大倍数，I_SUM为模拟开关电流平均值单元的分流输出端电流。因此，多路开关分流支路的分流比例是。

逻辑控制单元依据开关控制信号SW1－SW4产生多路开关控制信号S2、S1，S2、S1与开关控制信号SW1－SW4的逻辑关系见表1。

表1

表1中，当开关控制信号SW1－SW4中全部无效时，S2、S1可以取任意值，此时SW1－SW4信号控制开关K11－K41全部断开，I_SUM等于0，平均值电流IOUT等于0。表1的逻辑功能采用ROM实现，U5是ROM存储器，有16个单元，每个单元有2位数据；表1中S2、S1的内容依次存入0－15号单元中，开关控制信号SW1－SW4分别连接至U5的地址端A0－A3，S2、S1分别连接至U5的数据端D1、D0。

多路开关控制信号S2、S1的二进制编码信号二进制值分别为0－3时，多路开关的通断端X0－X3与其公共端X接通。

多路开关分流支路1－4中各电阻参数计算如下，设取样电阻的阻值为R，图5所示电流平均值放大变送单元的电流放大倍数为k，有

R的取值范围在50Ω－200Ω。例如，选择R = 100Ω，且图5所示电流平均值放大变送单元的电流放大倍数k = 100时，则有

。

当在4个电流输入端中，没有输入端输入电流有效时，多路开关分流支路的开关均断开，I_SUM等于0。电阻R0的作用是降低此时变送电流输入端的输入阻抗。由于变送电流输入端为虚地端，所以电阻R0上没有电流流过。

判断输入电流是否有效的VREF取值与取样电阻的阻值有关，即

。

选择R = 100Ω时，VREF值可取0.39V；如果要求判断输入电流是否有效的边界裕量较大时，也可取较小的VREF值，如VREF = 0.3V。

在n个电流输入端中，可以任意选择其中的任意个接入需要计算平均值的变送器电流环路；已经接入的变送器电流环路中，有p个电流输入端的输入电流有效时，所述电流平均值电路具有自动判断与功能，电流变送电路输出的平均值电流IOUT为该p个电流输入端输入电流的平均值。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims

1.一种变送器电流平均值电路，其特征在于：

由模拟开关电流平均值单元、输入信号比较单元、逻辑控制单元、电流平均值放大变送单元组成；

所述模拟开关电流平均值单元包括多路开关分流支路1－4；所述多路开关分流支路1－4各设有1个电流输入端，多路开关分流支路1－4的电流输入端分别输入电流I1－I4；所述模拟开关电流平均值单元还设有分流输出端；

所述多路开关分流支路1由取样电阻R1、多路开关U1以及分流电阻R11、分流电阻R12、分流电阻R13、分流电阻R14组成；取样电阻R1串联在输入电流I1回路中，其输入电流I1流出端连接至公共地；取样电阻R1的输入电流I1流入端设为取样电压输出端V1；多路开关U1包括有公共端X和4个通道端X0－X3，通断选择控制端A、B，以及使能控制端INH；分流电阻R11、分流电阻R12、分流电阻R13、分流电阻R14的一端分别连接至U1的4个通道端X0－X3，另外一端并联至分流输出端；U1的公共端X连接至取样电阻R1的输入电流I1流入端；

所述多路开关分流支路2由取样电阻R2、多路开关U2以及分流电阻R21、分流电阻R22、分流电阻R23、分流电阻R24组成；多路开关分流支路3由取样电阻R3、多路开关U3以及分流电阻R31、分流电阻R32、分流电阻R33、分流电阻R34组成；多路开关分流支路4由取样电阻R4、多路开关U4以及分流电阻R41、分流电阻R42、分流电阻R43、分流电阻R44组成；多路开关分流支路2－4的结构与多路开关分流支路1相同；所述取样电阻R2的输入电流I2流入端设为取样电压输出端V2；所述取样电阻R3的输入电流I3流入端设为取样电压输出端V3；所述取样电阻R4的输入电流I4流入端设为取样电压输出端V4；

所述多路开关U1－U4均设有通断选择控制端B、A和使能控制端INH；

所述模拟开关电流平均值单元还包括有电阻R0；电阻R0的两端分别连接至分流输出端和公共地；

所述输入信号比较单元由4个比较器CA1－CA4和电位器RW1组成；电位器RW1的滑动端为比较电压阈值端VREF，比较电压阈值端VREF连接至所有4个比较器CA1－CA4的负输入端；比较器CA1－CA4的正输入端分别连接至取样电压V1－V4，输出端输出开关控制信号SW1－SW4；

所述开关控制信号SW1－SW4分别连接至多路开关U1－U4的使能控制端INH；

所述逻辑控制单元为组合逻辑电路，输入是开关控制信号SW1－SW4，输出多路开关控制信号S2、S1；

所述多路开关U1－U4的通断选择控制端B并联后连接至多路开关控制信号S2，通断选择控制端A并联后连接至多路开关控制信号S1；

2.如权利要求1所述的变送器电流平均值电路，其特征在于：所述多路开关U1－U4均选择多路模拟开关器件CD4052。

3.如权利要求1所述的变送器电流平均值电路，其特征在于：所述逻辑控制单元的逻辑功能采用ROM实现。

4.如权利要求1所述的变送器电流平均值电路，其特征在于：所述比较器CA1－CA4选择LM339。

5.如权利要求1所述的变送器电流平均值电路，其特征在于：所述电流变送器U01选择XTR115。

6.如权利要求5所述的变送器电流平均值电路，其特征在于：所述三极管V01的集电极、基极、发射极分别连接至电流变送器U01的电源端U+、基极端B、发射极端E；电容C01的一端连接至电流变送器U01的电源端U+，另外一端连接至电流变送器U01的变送电流输出端Iout；电流变送器U01的电流输入端Iin为变送电流输入端，IRET为变送电流返回端；电流变送器U01的变送电流输出端Iout和电源端U+共同组成平均值电流变送输出端IOUT；电流变送器U01的变送电流返回端IRET连接至公共地。