CN212785317U - 一种4-20mA电流环电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种4‑20mA电流环电路，包括：信号检测模块、电池模块、隔离模块、数模转换器及电流环变送器；信号检测模块输出的数字量经过隔离模块输入数模转换器，转换为电压信号，电流环变送器将该电压信号转换为4‑20mA电流信号。本实用新型采用内部电池为信号检测模块供电，使信号检测模块不再依赖电流环电源；采用隔离模块将检测信号和后续的电流转换电路相隔离，使得输出端的2线制接法和3线制接法的电源地线统一，从而使得无论测量仪器是哪种接线方式，均可以使用，大大提高了兼容性，具有较好的经济效益及社会效益。

Description

一种4-20mA电流环电路

技术领域

本实用新型涉及一种物理量检测领域，特别是涉及一种4-20mA电流环电路。

背景技术

工业上普遍需要测量各类物理量，例如温度、压力、速度、流量等，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上，而4～20mA的电流具有抗干扰性能强传输距离远的特点，是普遍采用的传输方式之一应用十分广泛；

4～20mA电流环采用VI转换电路，利用数模转换器转换成电压后，再提供运放电路或专用的转换器换成电流信号，根据接线方式分为2种电路，分别是二线制电路和三线制电路；目前同类电路不能同时兼容2线制和3线制接线方式，如果测量仪表是3线制输出方式，而工业现场只有2线制接口，就会造成无法连接的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种4-20mA电流环电路，用于解决现有技术中4～20mA电流环的接线方式分为二线制电路和三线制电路，造成测量仪表和工业现场可能出现无法连接的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种4-20mA电流环电路，信号检测模块、电池模块、隔离模块、数模转换器及电流环变送器；

所述信号检测模块的输出端与所述隔离模块的输入端连接，所述电池模块与所述信号检测模块电连接，为所述信号检测模块提供工作电压；

所述隔离模块的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述电流环变送器的输入端连接，所述电流环变送器的输出端作为所述电流环电路的输出端，输出4-20mA电流信号；

所述电流环变送器的电源输入端与外部电源连接，电源输出端与所述隔离模块、所述数模转换器电连接，为所述隔离模块、所述数模转换器提供工作电压；

所述信号检测模块及所述电池模块的接地端口与第一地线连接；所述隔离模块、所述数模转换器、所述电流环变送器的接地端口均与第二地线连接。

于本实用新型的一实施例中，所述信号检测模块包括单片机和至少一个传感器；各所述传感器用于采集物理量的测量信号，并将所述测量信号传输到所述单片机内，所述单片机的输出端与所述隔离模块的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述隔离模块包括多个光耦，各所述光耦的输入端分别与所述单片机相应的输出端口连接，输出端分别与所述数模转换器相应的输入端口连接。

于本实用新型的一实施例中，所述单片机的一个输入端口与所述隔离模块的输出端连接，所述隔离模块的输入端与所述电流环变送器的电源输出端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述隔离模块包括多个光耦，一个光耦的输入端与所述电流环变送器的电源输出端连接，该所述光耦的输出端与所述单片机的一个输入端口连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电池模块包括锂电池。

如上所述，本实用新型的一种4-20mA电流环电路，采用内部电池单独为信号检测模块供电，使信号检测模块不再依赖电流环电源；采用隔离模块将信号输入侧和输出侧相隔离，使得输出端的2线制接法和3线制接法的电源地线统一，从而使得无论测量仪器是哪种接线方式，均可以使用，大大提高了兼容性，具有较好的经济效益及社会效益。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中公开的整体的结构框图。

图2显示为本实用新型实施例中公开的信号检测模块的接线图。

图3显示为本实用新型实施例中公开的电池模块的接线图。

图4显示为本实用新型实施例中公开的整体的接线图。

元件标号说明

1-信号检测模块；2-电池模块；3-隔离模块；4-数模转换器；5-电流环变送器；

6-输出端口；101-传感器；102-单片机。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本实用新型提供一种4-20mA电流环电路，包括：信号检测模块1、电池模块2、隔离模块3、数模转换器4及电流环变送器5。

请参阅图2，信号检测模块1包括至少一个传感器101和单片机102；各传感器101用于采集物理量的测量信号，并将测量信号传输到单片机102内，单片机102的输出端与隔离模块3的输入端连接。本实施例中，单片机的型号为MSP430。

信号检测模块1还与电池模块2连接，电池模块2为信号检测模块1提供工作电压；其中，电池模块2可以采用锂电池供电。

请参阅图3，锂电池的电压为3.6V，经过电容C6和电容C7稳压、滤波后，输入电压转换器Q2，输出电压U1；本实施例中，电压转换器Q2的型号为HT7533。

采用这种方案，使用锂电池为信号检测模块供电，使得信号检测模块不再依赖电流环电源，同时将信号检测模块的模拟地和信号输出侧的数字地区分开来。

请参阅图4，隔离模块3包括多个光耦，光耦G1、光耦G2及光耦G3的输入端分别与单片机102相应的输出端口连接，输出端分别与数模转换器4相应的输入端口连接。

数模转换器4，用于将信号检测模块1输出的数字量转换成电压信号；本实施例中，数模转换器4的型号为DAC7513。

电流环变送器5，用于将数模转换器4输出的电压信号转换成4-20mA电流信号；本实施例中，电流环变送器5的型号为XTR116UA。

数模转换器4的输出端与电流环变送器5之间串接有电阻R9，其中，电阻R9为精密电阻。

电流环变送器5的电源输入端与外部电源连接，电源输出端与隔离模块3、数模转换器4电连接，为隔离模块3提供工作电压，为数模转换器4提供工作电压及参考电压。

电流环变送器5的电源输出端还与光耦G4的输入端连接，光耦G4的输出端与单片机102的一个输入端口连接，用于采集电流环变送器5的上电信号。

本实用新型的一种4-20mA电流环电路还包括输出端口6，用于输出4-20mA电流信号，并与工业现场的接口连接。

需要说明的是，信号检测模块1和电池模块2的接地端口与第一地线GND1连接；隔离模块3、数模转换器4、电流环变送器5及输出端口6的接地端口均与第二地线GND2连接。

采用这种方案，可将测量仪器的信号输入侧的模拟地和信号输出侧的数字地相隔离，使得无论2线制接法还是3线制接法，电流环电路的输出端的地线均可以为第二地线GND2，从而解决2线制接法和3线制接法电源地线不统一而不能同时实现的问题。

请参阅图4，实际使用时，信号检测模块由锂电池供电。当接入外电源时，电流环变送器的U_reg端和I_ref端产生5V电压，为数模转换器提供工作电压，同时这个电压经过电阻R8驱动光耦G4，光耦G4输出信号PIN-T到单片机的一个输入端口，当信号PIN-T为低电平时，认为电流环变送器上电，此时单片机通过隔离模块，输出数字量给数模转换器，数模转换器得到数字量后，V_OUT脚会输出一个对应的电压信号给电流环变送器，电流环变送器得到这个电压信号后输出4～20mA电流信号。

通过上述方案，本实用新型的一种4-20mA电流环电路可以实现二线制电流环连接和三线制电流环的2种连接方式，

二线制时，电源正极接输出端口H2的1脚，电流信号(或电源负极)接输出端口H2的2脚；

三线制时，电源正极接输出端口H2的1脚，电流信号接输出端口H2的2脚，电源负极接输出端口H2的3脚。

由此，通过以上方案解决了目前电路存在的弊端，使仪表现场电流环接线方式不再受到设备的限制，只要是电流环都可以连接，不用管是哪种方式，而通过光耦隔离后也能使仪表不受外部电源的干扰使计量和输出更准确更好的保护仪表内部测量电路。

综上所述，本实用新型的一种4-20mA电流环电路，采用内部电池为信号检测模块供电，使信号检测模块不再依赖电流环电源；采用隔离模块将检测信号和后续的电流转换电路相隔离，使得输出端的2线制接法和3线制接法的电源地线统一，从而使得无论测量仪器是哪种接线方式，均可以使用，大大提高了兼容性，具有较好的经济效益及社会效益。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种4-20mA电流环电路，其特征在于，所述电路包括：信号检测模块、电池模块、隔离模块、数模转换器及电流环变送器；

所述信号检测模块的输出端与所述隔离模块的输入端连接，所述电池模块与所述信号检测模块电连接，为所述信号检测模块提供工作电压；

所述隔离模块的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述电流环变送器的输入端连接，所述电流环变送器的输出端作为所述电流环电路的输出端，输出4-20mA电流信号；

所述电流环变送器的电源输入端与外部电源连接，电源输出端与所述隔离模块、所述数模转换器电连接，为所述隔离模块、所述数模转换器提供工作电压；

所述信号检测模块及所述电池模块的接地端口与第一地线连接；所述隔离模块、所述数模转换器、所述电流环变送器的接地端口均与第二地线连接。

2.根据权利要求1所述的4-20mA电流环电路，其特征在于：所述信号检测模块包括单片机和至少一个传感器；各所述传感器用于采集物理量的测量信号，并将所述测量信号传输到所述单片机内，所述单片机的输出端与所述隔离模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的4-20mA电流环电路，其特征在于：所述隔离模块包括多个光耦，各所述光耦的输入端分别与所述单片机相应的输出端口连接，输出端分别与所述数模转换器相应的输入端口连接。

4.根据权利要求2所述的4-20mA电流环电路，其特征在于：所述单片机的一个输入端口与所述隔离模块的输出端连接，所述隔离模块的输入端与所述电流环变送器的电源输出端连接。

5.根据权利要求4所述的4-20mA电流环电路，其特征在于：所述隔离模块包括多个光耦，一个光耦的输入端与所述电流环变送器的电源输出端连接，该所述光耦的输出端与所述单片机的一个输入端口连接。

6.根据权利要求1所述的4-20mA电流环电路，其特征在于：所述电池模块包括锂电池。

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