一种便携式过程仪表校准仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式过程仪表校准仪，包括：电源部分、电压基准源、基准电压选择器、第一电压跟随器、第二电压跟随器、电阻阵列、档位选择器、第二电压跟随器、电压电流变换器和输出端子；电源部分与电压基准源和第一电压跟随器分别耦合连接；电压基准源与基准电压选择器耦合连接；基准电压选择器与第一电压跟随器耦合连接；第一电压跟随器与电阻阵列耦合连接；电阻阵列与档位选择器耦合连接；档位选择器与第二电压跟随器耦合连接；第二电压跟随器与电压电流变换器耦合连接；电压电流变换器与输出端子耦合连接。
【专利说明】一种便携式过程仪表校准仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及仪器仪表【技术领域】，特别涉及一种便携式过程仪表校准仪。
【背景技术】
[0002]伴随着我国工业企业自动化程度的逐步提高，工厂大量使用了工业自动化控制系统和自动仪表以及信号传输隔离设备，如分布式控制系统DCS、可编程逻辑控制器PLC、无纸记录仪、变送器、信号隔离器、安全栅等，而这些仪器设备在开始投运时需要检测和校准，在生产过程中也需要定期维护，为了检测、校准、维护这些设备，需要提供标准信号源，在早期的时候为了得到自动化系统或仪器仪表的输入信号，经常要开启被控设备，这样使得调试不仅费时费力，而且没办法得到精确的模拟信号输出，为解决这一问题，工业现场开始使用过程仪表校准仪，早期的过程校准仪是利用电位器调校的，后期又发明了程控过程仪表检测校准仪。
[0003]虽然程控过程仪表校准仪设备输出信号丰富，精度高，能够通讯，可以连续调节输出大小，环境适应性好，但是这种设备研发、制造过程复杂，价格昂贵，且大部分供电为外接电源，较适合在生产制造过程和实验室内使用。虽然也有一部分电池供电的校准仪，但是由于这类设备需要给显示单元、控制单元、AD/DA、选择继电器等部件供电，使得这类设备耗电多，体积较大，使用时间短，所以在工业现场使用也有一定的限制。另外，特定的工业现场调试信号种类并不是很多，绝大部分工业现场也不需要通信功能，所以程控过程仪表校准仪的大部分功能在工业现场并没有发挥太多用处。
实用新型内容
[0004]为了解决现有技术中过程仪表校准仪体检较大、耗电较多、结构复杂、可用性差等技术问题，本实用新型提出一种便携式过程仪表校准仪。
[0005]一种便携式过程仪表校准仪，包括:电源部分、电压基准源、基准电压选择器、第一电压跟随器、第二电压跟随器、电阻阵列、档位选择器、电压电流变换器和输出端子；
[0006]电源部分与电压基准源和第一电压跟随器分别耦合连接；
[0007]电压基准源与基准电压选择器耦合连接；
[0008]基准电压选择器与第一电压跟随器耦合连接；
[0009]第一电压跟随器与电阻阵列耦合连接；
[0010]电阻阵列与档位选择器耦合连接；
[0011 ] 档位选择器与第二电压跟随器耦合连接；
[0012]第二电压跟随器与电压电流变换器耦合连接；
[0013]电压电流变换器与输出端子耦合连接。
[0014]优选地，，所述电源部分包括电池组、电源开关、升压降压变换电源；
[0015]升压降压变换电源的输入端与串联后的电源开关和电池组连接，升压降压变换电源的输出端与电压基准源和第一电压跟随器连接。
[0016]优选地，所述升压降压变换电源的输入端与串联后的电源开关和电池组连接，升压降压变换电源的输出端与电压基准源和第一电压跟随器连接，具体包括:
[0017]所述电源开关与电池组串联后的一端接地，另一端接入升压降压变换电源的输入端;
[0018]所述升压降压变换电源的VEE输出端和VDD输出端分别与第一电压跟随器连接，VDD输出端还与电压基准源连接，VSS输出端还与基准电压选择器连接。
[0019]优选地，还包括电流输出选择器。
[0020]优选地，所述第二电压跟随器与电压电流变换器耦合连接，具体包括:
[0021]第二电压跟随器与电流输出选择器耦合连接；
[0022]电流输出选择器与电压电流变换器耦合连接。
[0023]优选地，所述电压基准源与基准电压选择器耦合连接；基准电压选择器与第一电压跟随器耦合连接；具体包括:
[0024]所述电压基准源与所述基准电压选择器并联后与所述第一电压跟随器串联。
[0025]所述输出端子为四接口输出端子；所述电压电流变换器与输出端子耦合连接，具体包括:
[0026]优选地，所述电压电流变换器的输出接入输出端子的第四接口，并且同输出端子的第三接口共同构成电流输出回路。
[0027]优选地，还包括:所述电源部分与输出端子和电压电流变换器分别耦合连接。
[0028]本实施例提供的上述方案省去了显示、中央处理、AD/DA、LD0和通讯等部件，一方面成本有所减低，最重要的是减少了电能消耗，增加了在不更换电池情况下的使用时间，能很好的满足工业现场的调试需求。并且只需要设置档位选择器就可以变换输出值，操作非常简单方便，由于省去了显示单元和键盘，体积大大缩小，携带起来非常方便。此外，不会由于经常使用或者温度变化(工作温度范围内)影响设备的输出精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0030]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本实用新型实施例1提供的一种便携式过程仪表校准仪的结构示意图；
[0032]图2为本实用新型实施例1提供的一种便携式过程仪表校准仪的电源部分的电路图；
[0033]图3为本实用新型实施例1提供的一种便携式过程仪表校准仪的电压基准源到电阻阵列部分的电路图；
[0034]图4为本实用新型实施例1提供的一种便携式过程仪表校准仪的档位选择器到电流输出部分的内部电路图；
[0035]图5为本实用新型实施例1提供的一种便携式过程仪表校准仪的输出端子部分的电路图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。并且，以下各实施例均为本实用新型的可选方案，实施例的排列顺序及实施例的编号与其优选执行顺序无关。
[0037]实施例1
[0038]本实用新型实施例提供一种便携式过程仪表校准仪，如图1所示，包括:电源部分200、电压基准源30、基准电压选择器31、第一电压跟随器32、电阻阵列33、档位选择器40、第二电压跟随器41、电压电流变换器43和输出端子50。其中，电源部分200与电压基准源30和第一电压跟随器32分别耦合连接；电压基准源30与基准电压选择器31耦合连接；基准电压选择器31与第一电压跟随器32耦合连接；第一电压跟随器32与电阻阵列33耦合连接；电阻阵列33与档位选择器40耦合连接；档位选择器40与第二电压跟随器41耦合连接；第二电压跟随器41与电压电流变换器43耦合连接；电压电流变换器43与输出端子50耦合连接。下面详细介绍上述各部件的连接方式。
[0039]为了便于携带和工业现场使用，本实用新型实施例中的便携式过程仪表校准仪完全采用可充电电池供电，参照图2所示，电源部分包括电池组20、电源开关21、升压降压变换电源22。由于和程控校准仪相比省去了非常多的耗电元件，如DA、CPU、存储器、低压差线性稳压器LD0、显示元件等，因此本实施例提供的校准仪的工作时间较程控检测校准仪相比要长很多。
[0040]具体而言，如图2所示，升压降压变换电源22的输入端与串联后的电源开关21和电池组20连接，输出端与电压基准源30和第一电压跟随器32连接。具体地，如图2所示，电源开关21与电池组20串联后的一端接地(即是升压降压变换电源22的接地端口 GND，也是升压降压变换电源22的1端子)，另一端接入升压降压变换电源22的输入端(即升压降压变换电源22的VIN，也是升压降压变换电源22的14端子)。如图3所示，升压降压变换电源22的VEE输出端和VDD输出端(也是升压降压变换电源22的7端子和8端子)分别与第一电压跟随器32的4管脚和11管脚对应连接，升压降压变换电源22的VDD输出端还与电压基准源30的1管脚连接。
[0041]本实施例的电源部分具备电源开关21，当打开开关的时候，设备开始工作，这时候工作指示灯也被点亮(指示灯包含在开关内部)。升压降压变换电源22在开关打开后，由电池组20供电，变换输出±15V电压，为后续元件电压基准源30、第一电压跟随器32的运放或者外部设备供电。
[0042]如图3所示(图中电压基准源30和第一跟随器32中运算放大器附近标示的数字代表对应接入的是电压基准源30、运算放大器的哪个管脚，并且，标有VSS、VDD和VEE地方表示与升压降压变换电源22对应的输出端VSS、VDD和VEE有连接)，升压降压变换电源22的VDD输出端与电压基准源30的输入端Vin (也是电压基准源30的1管脚)连接，电压基准源30的输出端Vout与电压基准源30的分压电阻R300并联(R300和其后的两个电阻组成电阻分压电路)。基准电压选择器31的一端与基准电压选择器31的接地端GND(也是电压基准源30的3管脚)和升压降压变换电源22的输出端VSS连接，一端与分压电阻R300所在的支路连接，形成电压基准源30与基准电压选择器31的并联电路，并联后电路与第一电压跟随器32串联。第一电压跟随器32串联后的输出端与电阻阵列33连接；电阻阵列33中还与升压降压变换电源22的输出端VSS有连接。
[0043]参照图3所示的电压基准源30可以输出10V电压，然后经过基准电压选择器31(可以选择输出10V、5V或lOOmv的电压)接入第一电压跟随器32，增强输出电压的驱动能力，然后电压信号输入到精密电阻阵列33，经过电阻分压，可以输出不同等级的电压信号。
[0044]本实施例中的设备还包括第二电压跟随器41和电流输出选择器42。如图4所示(图中第二跟随器41中运算放大器附近标示的数字代表对应接入的是第二跟随器41中运算放大器的第几管脚；同理，图中电流输出选择器42附近标示的数字、电压电流变换器43中运放和三极管附近标示的数值也代表对应接入的是第几管脚；此外，电压基准源30和第一跟随器32中，并且，标有VSS、地方表示与升压降压变换电源22对应的输出端VSS有连接)，上述档位选择器与电压电流变换器耦合连接，具体包括:档位选择器40与第二电压跟随器耦合41连接；第二电压跟随器41与电流输出选择器42耦合连接；电流输出选择器42与电压电流变换器43耦合连接。
[0045]参照如3中的电阻阵列33和图4中的档位选择器40可知，电阻阵列33中的每条电阻支路都引出一个连接点(分别为REF1、REF2、REF3、REF4、REF5、REF6)分别与档位选择器40输入端中对应的管脚连接。以便档位选择器40从电阻阵列33中选出不同的电压值。特别地，在接入电阻阵列33前还引出了一个接入点RER)，可用来提供满度输出。参照图4，具体引出的连接点REF1、REF2、REF3、REF4、REF5、REF6可分别与档位选择器40的管脚16、
14、12、10、8、6、4和2连接。档位选择器40的输出端连接第二电压跟随器41，第二电压跟随器41与电流输出选择器42连接，电流输出选择器42与电压电流变换器43连接。其中，升压降压变换电源22的输出端VSS还与电压电流变换器43有连接。
[0046]精密电阻阵列33输出的电压信号经过档位选择器40和第二电压跟随器41输出到端子处(优选地，也可以打开电流输出选择器42进行电流输出的控制)，第二电压跟随器41输出信号进入电压电流变换器43后变成电流信号输出。
[0047]电压电流变换器43的输出端接入输出端子50的第四接口 10UT。如图5所示，该输出端子50可为四接口输出端子，四接口分别为第一接口 V0UT、第二接口 VSS、第三接口VDD和第四接口 10UT。其中，输出端子50的第一接口 V0UT与第二电压跟随器41的输出端(也是管脚7)有连接，第二接口 VSS、第三接口 VDD分别与升压降压变换电源22的输出端VDD和VSS有连接。根据不同的接线方式，输出端子可以提供不同的形式的输出。如若外部待检测设备与输出端子50的第三接口和第四接口连接，则可使便携式过程仪表校准仪的输出成为主动输出；若待测设备与输出端子50的第二接口和第四接口连接，则可使便携式过程仪表校准仪的输出成为环路供电输出。即本实施例可以根据选择输出ο?ιον,ο?5V，0?100mV，0?20mA信号，电流输出可以根据接线方式而定，例如输出设备接输出端子的第三脚和第四脚，则本实用新型是主动0?20mA输出设备，如果输入设备的正极接第四脚，负极接第二脚，则本实施例的校准仪成为环路供电的4?20mA输出设备。
[0048]本实施例提供的便携式过程仪表校准仪无需微处理器和参数设置，也不需要使用继电器选择输出方式，使用基准电压选择器和档位选择器选择调整电压或者电流输出等级和输出值。利用调整端子接线方式选择校准仪的输出是电压输出或者主动方式电流输出，或者是环路供电方式的电流输出。因此程控校准仪相比，本实施例提供的便携式过程仪表校准仪省去了显示、中央处理、AD/DA、LD0和通讯等部件，一方面成本有所减低，最重要的是减少了电能消耗，增加了在不更换电池情况下的使用时间，能很好的满足工业现场的调试需求。本实用新型只需要设置档位选择器就可以变换输出值，操作非常简单方便，由于省去了显示单元和键盘，体积大大缩小，携带起来非常方便，也不会由于经常使用或者温度变化(工作温度范围内)影响输出精度，因为机械式校准仪一般使用电位器进行调节，工作效率低且由于电位器稳定性和温度变化大的影响，设备输出误差较大，而本实施例提供的便携式过程仪表校准仪使用档位选择器方式调整输出方式和输出信号范围，所以不存在上述问题。
[0049]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型能有多种不同形式的【具体实施方式】，上文结合附图对本实用新型做举例说明，这并不意味着本实用新型所应用的【具体实施方式】只能局限在这些特定的【具体实施方式】中，本领域的技术人员应当了解，上文所提供的【具体实施方式】只是多种优选实施方式中的一些示例，任何体现本实用新型权利要求的【具体实施方式】均应在本实用新型权利要求所要求保护的范围之内；本领域的技术人员能够对上文各【具体实施方式】中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种便携式过程仪表校准仪，其特征在于，包括:电源部分、电压基准源、基准电压选择器、第一电压跟随器、第二电压跟随器、电阻阵列、档位选择器、电压电流变换器和输出端子； 电源部分与电压基准源和第一电压跟随器分别耦合连接； 电压基准源与基准电压选择器耦合连接； 基准电压选择器与第一电压跟随器耦合连接； 第一电压跟随器与电阻阵列耦合连接； 电阻阵列与档位选择器耦合连接； 档位选择器与第二电压跟随器耦合连接； 第二电压跟随器与电压电流变换器耦合连接； 电压电流变换器与输出端子耦合连接。
2.根据权利要求1所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，所述电源部分包括电池组、电源开关、升压降压变换电源； 升压降压变换电源的输入端与串联后的电源开关和电池组连接，升压降压变换电源的输出端与电压基准源和第一电压跟随器连接。
3.根据权利要求2所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，所述升压降压变换电源的输入端与串联后的电源开关和电池组连接，升压降压变换电源的输出端与电压基准源和第一电压跟随器连接，具体包括: 所述电源开关与电池组串联后的一端接地，另一端接入升压降压变换电源的输入端；所述升压降压变换电源的VEE输出端和VDD输出端分别与第一电压跟随器连接，VDD输出端还与电压基准源连接，VSS输出端还与基准电压选择器连接。
4.根据权利要求1或2所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，还包括电流输出选择器。
5.根据权利要求4所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，所述第二电压跟随器与电压电流变换器耦合连接，具体包括: 第二电压跟随器与电流输出选择器耦合连接； 电流输出选择器与电压电流变换器耦合连接。
6.根据权利要求1或2所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，所述电压基准源与基准电压选择器耦合连接；基准电压选择器与第一电压跟随器耦合连接；具体包括: 所述电压基准源与所述基准电压选择器并联后与所述第一电压跟随器串联。
7.根据权利要求1或2所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，所述输出端子为四接口输出端子；所述电压电流变换器与输出端子耦合连接，具体包括: 所述电压电流变换器的输出接入输出端子的第四接口，并且同输出端子的第三接口共同构成电流输出回路。
8.根据权利要求1或2所述的便携式过程仪表校准仪，其特征在于，还包括: 所述电源部分与输出端子和电压电流变换器分别耦合连接。
【文档编号】G12B13/00GK204066748SQ201420574000
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】张智威, 周红峰, 王洪勉, 刘全春, 陈闽林, 宋彦斌, 鄢志平 申请人:国家电网公司, 北京南瑞智芯微电子科技有限公司