专利名称：具有过载保护的变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变送器的电路，属基本电子电路。
目前国内外广泛使用两线制4～20mA输出的测量各种压力、温度等物理量的变送器，其变送电路均采用典型的仪用放大器加电压／电流变换电路如图1所示。这种电路的缺点是1、图1所示传统的平衡式仪用放大器的差动输入级实际上并不能抑制共模信号(uICM＝ (uI++uI-)/2 )只不过没有对其放大而已。变送电路对共模信号的抑制能力完全取决于组成电压／电流变换的运放的共模抑制比KCMR，及其外围元件的对称性。为减小共模信号对变送精度的影响，就必然对变送电路的元器件提出较高的精度要求。同时亦必须补偿或改进调零电路内阻对电压／电流变换对称性的影响，从而使电路复杂化。
2、变送电路的输出电流与传感器给出的压力、温度等信号成线性关系。通常被测参数均在传感器有效测程范围内。但有时也会出现压力、温度等超出予定值的异常情况。通常，传感器的设计都允许有一定的过载(三倍左右)而不会导致它的损坏。这样，变送器在过载时也会相应输出较大的电流(最大60mA)。不仅可能因内部功耗过大造成变送电路的损坏，而且也不利于与变送器配接的计算机和工业过程控制主系统的工作，甚至造成主系统的损坏。
本实用新型的目的是提供一种精度较高及有过载保护的变送器。
本实用新型具有过载保护的变送器由传感器和电路系统组成。所说的传感器可为测量各种压力、温度等物理量输出相应电压信号的传感器。
所说的电路系统由放大电路及电压电流／变换电路两部分组成。在电压／电流变换电路中设置了过载保护元件，如图2所示，当输入端共模信号变化时，差动放大器的输出电压U01始终不变，其共模放大倍数ACM＝ (△u01)/(△uICM) ＝0，大大提高了差动输入级的共模抑制比，同时也降低了对后面电压／电流变换电路参数对称性及调零电路内阻的要求，不仅使电路简化，而且减少了变送电路的漂移。为了防止过载电流对变送电路及控制主系统的破坏，在电压／电流变换电路中加入了过载保护元件。
说明附图如下图1为典型的仪用放大器和电压／电流变换电路原理图。
图2为本实用新型具有过载保护的变送器电路原理图。
结合
实施例如下本实用新型的放大电路为双入单出差动放大电路，本电路用两个运放A1、A2作差动放大，来自传感器的差动信号分别送到A1和A2的同相端，两个运放A1、A2的反相端之间接电阻R，并自A1的输出端通过电阻R1将反馈信号送到A1的反相端。同样也从A2的输出端通过电阻R2将反馈信号送回A2的反相端，再从A2的反相端连电阻R3到变送电路的基准电压UREF、以及在A2的输出端和A1的反相端之间连接电阻R4。
电压／电流变换电路如图2所示，由运放A3及外围元件，三极管，电阻，过载保护元件组成。过载保护元件接在三极管T的基极及变送器电源负端之间，A3的反相端接调零电位器R5的滑动臂，调零电位器R5接到放大电路的基准电源。运放A3的输出端经过限流电阻R6接到三极管T的基极。三极管T的集电极接放大电路正电源端，三极管T的发射极接放大电路信号地。电压／电流变换采样电阻RS接在三极管T的发射极(信号地)和变送器电源负端。电压／电流变换级的反馈电阻R7自变送器电源负端接到运放A3的同相端，与R7同样阻值的R8作为电压／电流变换的输入电阻从差放输出端连到运放A3的同相端。
由于差分输入电压放大级采用单端输出方式，故后面的电压／电流变换电路反相端通过电位器接基准电源，作为零位调节。
过载保护元件可以用掺锌和氧的Gap发光二极管，其死区电压约为1.6伏。当图2电路中选择合适的电阻RS，使变送器输出最大20mA电流时，RS上的压降VRS＝0.86伏；此时三极管T的发射结压降VBE≈0.64伏。因而发光二极管在变送器输出4～20mA的正常工作范围时，其管压降VD≤1.6伏，在其死区范围内，发光二极管截止。一旦出现过载，输出电流增大使RS上的压降相应增大，致使VD超过1.6伏时，发光二极管将迅速导通。并实现箝位、限流，使变送器即使在三倍过载下其最大输出电流能被限制在约25mA的安全范围内。
过载保护元件还可以采用精密电压基准集成电路LM285－2.5，LT1004－2.5等。
选择图2电路中电阻RS使变送器输出最大20mA电流时，其上的压降VRS＝1.64伏，这时三极管T的发射结压降VBE≈0.64伏，因而在变送器输出4～20mA的正常工作范围时，集成电压基准上的压降VZ≤2.3伏，处于截止状态。一旦出现过载，输出电流增大使RS上的压降相应增大，致使VZ超过2.5伏时，集成电压基准将立即导通，并箝位，限流使变送器即使在三倍过载下，其最大输出电流能被限制在24±1mA的安全范围内。
本实用新型由于采用了双入单出差动放大电路及在电压／电流变换电路中加了过载保护元件，所以提高了变送电路的共模抑制能力，提高了工作精度。同时可以保证在过载状态下切断输出电流，确保变送电路及控制主系统元件的安全。
权利要求1.一种具有过载保护的变送器，其特征是该变送器由传感器和电路系统组成，所说的传感器为测量各种压力、温度等物理量输出相应电压信号的传感器，所说的电路系统由放大电路及电压/电流变换电路两部分组成，在电压/电流变换电路中设置了过载保护元件，所说的放大电路为双入单出差动放大电路，用两个运放A1，A2作差动放大，来自传感器的差动信号分别送到A1和A2的同相端，两个运放A1，A2的及相端之间接电阻R，并自A1的输出端通过电阻R1接到运放A1的反相端，从运放A2的输出端通过电阻R2接到运放A2的反相端。从运放A2的反相端连电阻R3接到基准电压UREF，在运放A2的输出端和运放A1的反相端之间连接电阻R4。电压/电流变换电路由运A3及外围元件、三极管、电阻、过载保护元件组成，过载保护元件A接在三极管T的基极，及变送器电源负端之间，运放A3的输出端经过限流电阻R6接到三极管T的基极，三极管T的集电极接放大电路正电源端，三极管T的发射极接放大电路信号地，采样电阻RS接三极管T的发射极和变送器电源负端，电压/电流变换极的反馈电阻R7自变送器电源负端接到运放A3的同相端，与R7同样阻值的电阻R8从差放输出端接到运放A3的同相端。
专利摘要一种具有过载保护的变送器，其特征是该变送器由传感器和电路系统组成，电路系统由放大电路和电压/电流变换电路两部分组成，在电压/电流变换电路中设置了保护元件。放大电路为双入单出差动放大电路。该变送电路有较高的共模抑制比，可提高工作精度，并有过载保护功能。在输入信号超载时，可使输出电流限定在额定范围内，确保变送电路及控制主系统不被烧坏。
文档编号H03F1/52GK2169853SQ93242310
公开日1994年6月22日 申请日期1993年10月22日 优先权日1993年10月22日
发明者张国华, 梁天波 申请人:北京市新大云传感技术公司