CN2574011Y - 用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路。该电路由两路热电阻信号调理电路和一路电桥信号调理电路组成。其热电阻信号调理电路由XTR105转换芯片、XTR110转换芯片、运算放大器、场效应管、三极管、调零、调满度电路等组成。转换芯片后外接三极管，以提高标准输出电流的能力，转换芯片分别与外界不同的电阻和电位器构成置零电路和调满度电路，由外部提供24VDC电源，该电路通过16芯插座与外接热电阻和电桥相连，将现场的温度热电阻传感器、负荷传感器传来的信号调理成标准的4～20mA的信号，可工作在13.5V～36V，测量精度在满量程时均为±5‰。而且操作灵活方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种调理电路，特别是指一种工业过程自动化控制终端设备，将现场温度仪表热电阻、负荷传感器传来的信号调理成标准信号的用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，特别适合于石化、给排水、电力、冶金等领域的工业过程自动化控制终端设备进行现场温度测量、载荷测量，并将温度仪表热电阻信号及负荷传感器接收的载荷信号转换为4～20mA电流信号传给模拟量输入电路，完成温度信号及载荷信号的测量。
背景技术
目前，应用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，在工业自动化领域控制设备中，将温度仪表热电阻及负荷传感器的载荷信号组合调理成标准信号的电路，采用多级运放处理信号，不足之处是不但元器件数量多，而且需要正负电源。同时适应环境能力差，测量精度不高，而且大多数调理模块功能单一，给实际操作带来很大不便。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提出的一种用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，它具有两路热电阻输入，一路载荷(电桥)信号输入，将现场的温度热电阻传感器、负荷传感器传来的信号调理成标准的4～20mA的信号，测量精度高，操作方便。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：
一种用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，该电路由XTR105转换芯片、XTR110转换芯片、运算放大器、场效应管、三极管、调零、调满度电路组成；
该电路由两路相同的热电阻信号调理电路和一路电桥信号调理电路组成，其电路的具体连接构成如下：
热电阻信号调理电路：
电源24V+通过正向二极管CR1接转换芯片U1 XTR105的管腿10V+，管腿7I0为电流输出端，接入RAO1端，在电源输入和标准电流输出之间并联一个电容C1，管腿10V+端接入三极管的集电极，三极管的基极接XTR105转换芯片的管腿9B，三极管的发射极接XTR105转换芯片的管腿8E，管腿1Ir1通过电位器R5和电阻R6接入RTD的RIE端，管腿14Ir2接入RTD的RIS+端，U1管腿12Vlin通过电阻R3接入RTD的RIS+端，电位器R2、电阻R1组成的调零电路接入U1的3、4RG两端，电阻R4跨接在U1 12、14管腿间，U1的管腿13Vin+接入RTD的RIS+端，管腿2Vin-接电位器R5的可变接点，U1的管腿6Iret通过Rcm、C1并联组成的阻容滤波器接入RTD的RIS一端，另一路热电阻信号调理电路同该路；
载荷信号调理电路：
在电桥的两个输出端通过并联两个电阻R20、R22与一个电位器R21，分别接入运算放大器U4 INA114管腿2Vin-、3Vin+；U4两个管腿1、8Rg之间接入由电位器R16、电阻R15组成的调满度电路，电源10V接电桥的一输入端、电位器R21的可变端点、U3的管腿12和U5、U4的管腿7；
转换芯片U3 XTR110由外部提供24V电源接入管腿16VCC；管腿15VrefForce接入三极管Q3 C9013基极，24V的电源接入Q3的集电极，通过Q3的发射极为运算放大器U4 INA114管腿7供电10V；U3的管腿12VrefSence通过电阻R17与电位器R18接入运算放大器U5 OPA177的管腿3正输入端，运算放大器U5 的管腿3通过电阻R19接地，其运算放大器U5管腿2负输入端与管腿6输出端out相连后一并接入U4的管腿5REF，为该芯片提供1V的基准，U4的管腿6输出端接入U3的管腿5Vin2，提供5V的输入；
U3管腿14接入场效应管Q4 VP0808N的G端，管腿1、13一同接入Q4的D端，Q4的S端为输出端，输出4-20mA的电流，其管腿2、3、4、9、10及U5的管腿4V-端、U4的管腿4V-端接桥式传感器的电源地，桥式传感器的另一电源端接电位器R21的可变接点、U4的管腿7、U5的管腿7和U3的管腿12。
本实用新型相比现有技术具有如下优点：该用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，将两路热电阻信号，一路电桥信号转变为4～20mA的标准电流信号。第一路热电阻信号的测量范围100Ω～138.5Ω(用Pt100型热电阻时对应0℃～100℃)。第二路热电阻信号的测量范围80.3Ω～175.8Ω(用Pt100型热电阻时对应-50℃～200℃)。激励电桥电压10V，电桥电阻700Ω，电桥输出信号0～20mA。该电路已经制成了模块，安装方便快捷；由于电路设计考虑了电压适用范围及测量精度，可工作在13.5V～36V，测量精度在满量程时均为±5‰。
附图说明
图1.用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路图；
具体实施方式
请参考图1用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路图，该电路由XTR105转换芯片、XTR110转换芯片、运算放大器、场效应管、三极管、调零、调满度电路等组成。
其中热电阻RTD为三线制热电阻，三线制热电阻具有信号输入正端RIS+、供电端RIE和信号输入负端RIS-。
该电路由两路热电阻信号调理电路和一路电桥信号调理电路组成。由外部提供24VDC电源。外接热电阻均为三线制热电阻，该电路通过16芯插座与外接热电阻和电桥相连。
热电阻信号调理电路：XTR105转换芯片的管腿10V+接入电源24V+，管腿7Io为标准输出电流，可接入相应的测试显示仪器；在电源输入和标准电流输出之间并联一个电容C1，用于过滤电源干扰电平；管腿10V+端接入三极管的集电极，三极管的作用是提高标准输出电流的能力，三极管的基极接XTR105转换芯片的管腿9B，三极管的发射极接XTR105转换芯片的管腿8 E；管腿1Ir1和管腿2Vin-通过电位器、电阻与热电阻RTD RIE端相接，XTR105的Ir1及Ir2两个管腿提供0.8mA的恒流源；管腿13Vin+、14Ir2接入RTD RIS+端，XTR105转换芯片的管腿12Vlin通过一个电阻接入RTD RIS+端，R7、C2并联组成的阻容滤波器接入XTR105的管腿6Iret；XTR105的两个管腿3、4Rg接入由电位器R2、电阻R1组成的调满度电路。
XTR105转换芯片的管腿Ir1和Ir2为恒流源，在这两点之间接入一个电阻，出来两路电流为0.8mA分别驱动RTD热电阻、电位器R5和电阻R6组成的置零电路，XTR105转换芯片的放大器输出端测量出RTD热电阻和置零电位器R5之间的不同电压值。置零电位器R5的意义所在就是被选择用来等同于RTD热电阻在最低测量温度时的电阻，电阻R6和电位器R5能调节使最低测量温度达到4mA时的输出来校正XTR105转换芯片的电压和参考电流的匹配。两个管腿Rg连接的调满度电路就是在测量最高温度时保证其输出为20mA。电阻R7提供了一个附加的压降使XTR105转换芯片的输入接近于它们通常模式下的输入范围。电阻R7并联了一个电容C2以使通常模式下的干扰降到最低。另一路热电阻信号调理电路同第一路。
载荷信号调理电路：在电桥的两个输出端通过并联两个电阻R20、R22与一个电位器R21，用电位器R21调节电桥平衡，尽量使电桥的差模电压为零，分别接入运算放大器U4 INA114管腿2Vin-、3Vin+；U4两个管腿1、8Rg之间接入由电位器R16、电阻R15组成的调满度电路；转换芯片U3 XTR110由外部提供24V电源，接入该芯片管腿16VCC；管腿15VrefForce接入三极管Q3 C9013基极，当输出为高电平时，使三极管导通，24V的电源接入Q3的集电极，通过Q3的发射极为运算放大器U4 INA114供电，Q3保证U4 10V的驱动能力；U3的管腿12VrefSence通过电阻R17与电位器R18接入运算放大器U5 OPA177的正输入端，其负输入端与输出端out相连后一并接入U4的管腿5REF，为该芯片提供1V的基准，U4的输出端接入U3的管腿5Vin2，提供5V的输入，U3管腿14接入场效应管Q4 VP0808N的G端，管腿1、13一同接入Q4的D端，Q4的S端为输出端，输出4-20mA的电流。U3管腿2、3、4、9、10及U5的4腿V-端、U4的4腿V-端接桥式传感器的电源地，即输入信号地与输出电信号地共接一点，误差最小，干扰更少。
该用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路将两路热电阻信号，一路电桥信号转变为4～20mA的标准电流信号。第一路热电阻信号的测量范围100Ω～138.5Ω(用Pt100型热电阻时对应0℃～100℃)。第二路热电阻信号的测量范围80.3Ω～175.8Ω(用Pt100型热电阻时对应-50℃～200℃)。激励电桥电压10V，电桥电阻700Ω，电桥输出信号0～20mA。一般来说，它的输出与I/O系统中的模拟量输入模块相连。
该用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，已制成模块，本厂编号和名称为E304温度、载荷信号组合调理模块，现说明如下：
E304温度、载荷信号组合调理模块外形尺寸为：(长)216mm×(宽)118mm×(高)44mm，采用ECHO B型盒封装，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统I/OBUS总线上。
E304提供了两路热电阻信号转换和一路电桥信号转换，其中热电阻均为三线制热电阻。输出为4～20mA的标准电流信号。其测量范围在出厂时被设置。在接线时应注意信号线的顺序。模块使用接线端子与外围电路连接，推荐使用22～12AWG的标准电线。
现说明该E304热电阻、载荷信号组合调理模块应用实例，以ECHO抽油机控制器为例，说明E304热电阻、载荷信号组合调理模块的工作过程及作用，ECHO抽油机控制器是一种应用于油田自动化的远程控制装置。其主要目的是在油田抽油井现场实现对抽油机的控制，具有检测、控制、报警、通讯等功能。它是由主控电路、模拟量输入电路、数字量输入输出电路、信号调理电路(E304)、串口扩展电路、电源电路及电台、显示屏、继电器、端子等组成。
信号调理模块(E304)将两路热电阻信号和一路载荷(电桥)信号经转换后输出3路4-20mA直流电流信号，第一路热电阻输入通过端子与现场油温测量的热电阻相接，其输出接入模拟量输入模块，载荷量的输入通过端子与现场载荷测量的传感器相接，其输出接入模拟量的输入模块。模拟量、数字量输入模块将不断采集的模拟和数字信号，经数据总线传到主控制器，主控制器对数据进行处理和计算，将结果产生相应的输出控制信号传给数字量输出模块，经中间继电器控制抽油机的运行状态。
现场应用表明，E304温度、载荷调理模块具有应用灵活、精度高、可靠性高、安装使用方便等特点、并可应用于-40℃～70℃的环境温度。适用于野外恶劣的工业现场环境。
Claims (1)
1.一种用于自动化控制终端的热电阻、载荷组合信号调理电路，其特征在于：该电路由XTR105转换芯片、XTR110转换芯片、运算放大器、场效应管、三极管、调零、调满度电路组成；
该电路由两路相同的热电阻信号调理电路和一路电桥信号调理电路组成，其电路的具体连接构成如下：
热电阻信号调理电路：
电源24V+通过正向二极管CR1接转换芯片U1 XTR105的管腿10V+，管腿7I0为电流输出端，接入RAO1端，在电源输入和标准电流输出之间并联一个电容C1，管腿10V+端接入三极管的集电极，三极管的基极接XTR105转换芯片的管腿9B，三极管的发射极接XTR105转换芯片的管腿8E，管腿1Ir1通过电位器R5和电阻R6接入RTD的RIE端，管腿14Ir2接入RTD的RIS+端，U1管腿12Vlin通过电阻R3接入RTD的RIS+端，电位器R2、电阻R1组成的调零电路接入U1的3、4 RG两端，电阻R4跨接在U1 12、14管腿间，U1的管腿13Vin+接入RTD的RIS+端，管腿2Vin-接电位器R5的可变接点，U1的管腿6Iret通过Rcm、C1并联组成的阻容滤波器接入RTD的RIS一端，另一路热电阻信号调理电路同该路；
载荷信号调理电路：
在电桥的两个输出端通过并联两个电阻R20、R22与一个电位器R21，分别接入运算放大器U4 INA114管腿2Vin-、3Vin+；U4两个管腿1、8Rg之间接入由电位器R16、电阻R15组成的调满度电路，电源10V接电桥的一输入端、电位器R21的可变端点、U3的管腿12和U5、U4的管腿7；
转换芯片U3 XTR110由外部提供24V电源接入管腿16VCC；管腿15VrefForce接入三极管Q3 C9013基极，24V的电源接入Q3的集电极，通过Q3的发射极为运算放大器U4 INA114管腿7供电10V；U3的管腿12VrefSence通过电阻R17与电位器R18接入运算放大器U5 OPA177的管腿3正输入端，运算放大器U5 的管腿3通过电阻R19接地，其运算放大器U5管腿2负输入端与管腿6输出端out相连后一并接入U4的管腿5REF，为该芯片提供1V的基准，U4的管腿6输出端接入U3的管腿5 Vin2，提供5V的输入；
U3管腿14接入场效应管Q4 VP0808N的G端，管腿1、13一同接入Q4的D端，Q4的S端为输出端，输出4-20mA的电流，其管腿2、3、4、9、10及U5的管腿4V-端、U4的管腿4V-端接桥式传感器的电源地，桥式传感器的另一电源端接电位器R21的可变接点、U4的管腿7、U5的管腿7和U3的管腿12。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101109662B (zh) * | 2006-07-17 | 2010-09-29 | 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 | 一种热电阻温度测量电路 |
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2002
- 2002-10-17 CN CN 02282272 patent/CN2574011Y/zh not_active Expired - Fee Related
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