CN217655190U - 一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了采样电路技术领域的一种支持内外供电的4‑20mA电流信号采集电路，包括：ADC数模转换芯片、采样电路和外供电电路；采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端和ADC数模转换芯片的负输入端之间，用于对变送器输出的4‑20mA电流信号进行采集；外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压。本实用新型可采集两种不同供电模式的变送器的电流信号，提高了采样效率，降低了采样成本。
Description
技术领域
本实用新型属于采样电路技术领域，具体涉及一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路。
背景技术
工业应用中变送器测量的各种非电物理量，如温度、压力、流量、湿度等，都需要将其远距离传输到中控室，这就需要转换成符合工业传输标准的电信号，如0-5V、0-20mA或4-20mA。电流信号在传输线路上抗干扰能力强，也不会在传输线路上产生电压降，所以4-20mA电流信号成为了工业现场主流的信号传输方式。
4-20mA电流输出的变送器在工业应用中种类非常多，根据变送器是否内置电源可以分为内供电变送器和外供电变送器。这两种模式的变送器运用都非常广泛。一般的电流信号采集装置只能采集内供电变送器输出的4-20mA电流信号或只能采集外供电变送器输出的4-20mA电流信号，单一采集装置的适应性有限，无法同时对两种变送器输出的4-20mA电流信号进行采集，采样效率较低，增加了采集成本。
实用新型内容
为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，可采集两种不同供电模式的变送器的电流信号，提高了采样效率，降低了采样成本。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，包括：ADC数模转换芯片、采样电路和外供电电路；采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端和ADC数模转换芯片的负输入端之间，用于对变送器输出的4-20mA电流信号进行采集；外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压。
进一步地，所述采样电路包括采样电阻Ro、限流电阻RL和滤波电容C1，ADC数模转换芯片的正输入端连接滤波电容C1的一端和限流电阻RL的一端，限流电阻RL的另一端连接采样电阻Ro的一端；ADC数模转换芯片的负输入端连接滤波电容C1的另一端和采样电阻Ro的另一端；采样电阻Ro与限流电阻RL的公共端通过保险丝L1连接变送器的正端子A；ADC数模转换芯片的负输入端、滤波电容C1和采样电阻Ro的公共端连接变送器的负端子B。
进一步地，所述外供电电路包括24V电源，24V电源的正极连接保护二极管D2的正极，保护二极管D2的负极通过保险丝L2连接外供电变送器的电源端子C，保护二极管D2与保险丝L2的公共端通过TVS管D1连接外供电变送器的正端子A。
进一步地，外供电变送器的负端子B连接在0V等电势位上。
进一步地，采样电路中的采样电阻采用精度在万分之二以上的精密电阻。
进一步地，ADC数模转换芯片的型号为：AD7790。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：本实用新型通过ADC数模转换芯片、采样电路和外供电电路；采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端和ADC数模转换芯片的负输入端之间，用于对变送器输出的4-20mA电流信号进行采集；外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压，达到了只用一种采集电路既可以采集内供电变送器输出的4-20mA电流信号，又可以能采集外供电变送器输出的4-20mA电流信号的目的，提高了采样效率，降低了采样成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，包括：一个ADC（ADC，Analog-to-digital converter）数模转换芯片、采样电路和外供电电路；采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端IN+和ADC数模转换芯片的正输入端IN-之间，用于对变送器输出的4-20mA电流信号进行采集；外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压。
采样电路包括一个采样电阻Ro、一个限流电阻RL和一个滤波电容C1，ADC数模转换芯片的正输入端IN+连接滤波电容C1的一端和限流电阻RL的一端，限流电阻RL的另一端连接采样电阻Ro的一端；ADC数模转换芯片的正输入端IN-连接滤波电容C1的另一端和采样电阻Ro的另一端；采样电阻Ro与限流电阻RL的公共端通过保险丝L1连接变送器的正端子A；ADC数模转换芯片的正输入端IN-、滤波电容C1和采样电阻Ro的公共端连接变送器的负端子B。
当外接变送器采用内供电模式时，变送器本身内置电源，可以直接产生4-20mA信号。此时，内供电变送器用于信号采集的接线的正端接在内供电变送器的正端子A上，负端接在内供电变送器的负端子B上。电流从内供电变送器输出的正端流出，通过信号线经过正端子A依次流过保险丝L1和采样电阻Ro，再通过负端子B流回至变送器电流输出的负端，形成回路。ADC数模转换芯片的正输入端IN+和正输入端IN-分别接在采样电阻Ro的两端，采样得到差分电压U0=I*R0，可计算出实际电流。在这部分回路中，ADC数模转换芯片的正输入端IN+与正输入端IN-之间并联一个滤波电容C1，可以提高采样的精确度和稳定性，采样电阻Ro使用精度在万分之二以上的精密电阻。限流电阻RL起到分压限流的作用，当变送器故障或者其他情况导致电路电流过大时，限流电阻RL可以分担绝大部分电压，保护ADC数模转换芯片。当回路电流超过极限值时，保险丝L1会熔断以避免元器件损坏。
外供电电路包括24V电源，24V电源的正极连接保护二极管D2的正极，保护二极管D2的负极通过保险丝L2连接外供电变送器的电源端子C，保护二极管D2与保险丝L2的公共端通过TVS管D1连接外供电变送器的正端子A；外供电变送器的负端子B连接在0V等电势位上。
当外接变送器采用外供电模式时，变送器内部没有电源，需要外部设备供电才能形成电流。此时，外供电变送器用于信号采集的接线的正端接在外供电变送器的电源端子C上，负端接在正端子A上。电流从外供电电路的24V电源的正端流出，依次经过保护二极管D2和保险丝L2从电源端子C进入外供电变送器，再从正端子A依次过保险丝L1和采样电阻Ro，在负端子B处流到0V等电势位形成回路。ADC数模转换芯片的正输入端IN+和正输入端IN-分别接在采样电阻Ro的两端，采样得到差分电压U0=I*R0，可计算出实际电流。在这部分回路中，如果将有源信号的正端误接在C端子上时，保护二极管D2可以防止电流反向流向24V电源的正端；如果有源信号内部电压过大时，TVS管D1可以防止较大的电压施加在ADC数模转换芯片的正输入端IN+和正输入端IN-，对ADC数模转换芯片造成损坏。
本实施例中，ADC数模转换芯片的型号为：AD7790。
本实用新型通过ADC数模转换芯片、采样电路和外供电电路；采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端IN+和ADC数模转换芯片的负输入端之间，用于对变送器输出的4-20mA电流信号进行采集；外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压，达到了只用一种采集电路既可以采集内供电变送器输出的4-20mA电流信号，又可以能采集外供电变送器输出的4-20mA电流信号的目的，提高了采样效率，降低了采样成本。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，包括：ADC数模转换芯片、采样电路和外供电电路；
采样电路连接在ADC数模转换芯片的正输入端和ADC数模转换芯片的负输入端之间，用于对变送器输出的4-20mA电流信号进行采集；
外供电电路用于在变送器为外供电变送器时，提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻Ro、限流电阻RL和滤波电容C1，
ADC数模转换芯片的正输入端连接滤波电容C1的一端和限流电阻RL的一端，限流电阻RL的另一端连接采样电阻Ro的一端；
ADC数模转换芯片的负输入端连接滤波电容C1的另一端和采样电阻Ro的另一端；
采样电阻Ro与限流电阻RL的公共端通过保险丝L1连接变送器的正端子A；
ADC数模转换芯片的负输入端、滤波电容C1和采样电阻Ro的公共端连接变送器的负端子B。
3.根据权利要求1所述的支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，所述外供电电路包括24V电源，24V电源的正极连接保护二极管D2的正极，保护二极管D2的负极通过保险丝L2连接外供电变送器的电源端子C，保护二极管D2与保险丝L2的公共端通过TVS管D1连接外供电变送器的正端子A。
4.根据权利要求3所述的支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，外供电变送器的负端子B连接在0V等电势位上。
5.根据权利要求1所述的支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，采样电路中的采样电阻采用精度在万分之二以上的精密电阻。
6.根据权利要求1所述的支持内外供电的4-20mA电流信号采集电路，其特征在于，ADC数模转换芯片的型号为：AD7790。
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2022
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