一种交直流通用的真有效值电压变送器的制作方法

本实用新型属于检测领域，涉及一种交直流通用的真有效值电压变送器。

背景技术：

发电机在社会生产中起着非常重要的作用，因此对于发电机的监控非常重要。在发电机监测系统中，广泛使用电压变送器来监测发电机机端的电压，以随时监测发电机的状态。发电机从启动到稳定运行是需要一定时间的。在发电机启动后，轮机转速会从零逐渐往上升，相应的电压频率也会从零逐渐上升，直到最后稳定到50Hz左右。因此在发电机刚启动时，电压频率是非常低的，甚至不到5Hz。

目前在国内市场上，常规电压变送器转换电路也对输入信号频率有较大限制。受制于这些原因，常规交流电压变送器的输入信号频率一般局限于45～55Hz，无法测量发电机启动阶段的低频电压信号。

目前国内用于监测发电机机端电压的变送器，一般采用的是从日本进口的RS系列变送器，不仅价格昂贵，而且一旦损坏后维护非常麻烦。而国内市场上的交流变送器又无法测量低频电压电流，难以替换日本进口的RS系列变送器。

本实用新型，针对低频电压信号的测量问题，设计了一款用于监测发电机机端电压变送器，输出规格为4～20mA，采用真有效值计算，可准确测量0～2000Hz的电压信号，做到交直流通用。

技术实现要素：

本实用新型所采用的技术方案是：

一种交直流通用的真有效值电压变送器由信号采样电路、真有效值交直流转换电路、信号调理与隔离电路和4～20mA电流输出电路构成。

信号采样电路由4个电阻R1、R2、R3和R4串联组成，对电压输入信号采用电阻分压的方式进行采样,电压输入信号VA端与电阻R1相联，电压输入信号VN端与电阻R4相联,并接到信号地，电压采样信号VOUT从电阻R4两端引出；

真有效值交直流转换电路由真有效值到等效直流电平转换的模拟集成电路AD536、滤波电容C1和C2组成，电压采样信号VOUT接到AD536的4脚和1脚，AD536的4脚和1脚之间接滤波电容C1，等效直流电平V1从AD536的8脚和1脚引出，AD536的1脚接到信号地，AD536的2脚和1脚短接，AD536的9脚和10脚短接，AD536的3脚接直流电源正端V+，AD536的5脚接直流电源负端V-，AD536的3脚和6脚之间接滤波电容C2；

信号调理与隔离电路由运放U1、线性光耦集成电路HCNR200、电阻R5和R6组成，等效直流电平V1正端串联电阻R5后接到运放U1的反相端1脚和HCNR200的3脚，等效直流电平UI负端接到运放U1的同相端2脚和HCNR200的4脚，HCNR200的4脚接到信号地，运放U1的输出端5脚串联电阻R6后接到HCNR200的1脚，HCNR200的2脚和4脚短接，隔离输出电压V2从HCNR200的5脚和6脚引出，HCNR200的6脚接到隔离地，运放U1的 3脚接直流电源正端V+，运放U1的4脚接直流电源负端V-；

4～20mA电流输出电路由运放U2、三极管T1、滤波电容C3、电阻R7、R8、R9、R10和 R11组成，隔离输出电压V2正端串联电阻R7后接到运放U2的反相端1脚，隔离输出电压V2负端接到运放U2的同相端2脚，运放U2的同相端2脚接到隔离地，运放U2的输出端5脚串联电阻R8后接到三极管T1的基极b，运放U2的3脚接直流电源正端V+，运放U2的4脚接直流电源负端V-，三极管T1的集电极c串联电阻R10后接到直流电源正端V+，三极管T1的发射极e串联滤波电容C3和电阻R11后接到隔离地，运放U2的反相端1脚串接电阻R9后接到串联的滤波电容C3和电阻R11中间端；滤波电容C3两端作为变送器输出端接负载电阻RL，流过负载电阻RL的变送输出电流为4～20mA。

工作过程是：电压输入信号采用电阻分压的方式进行采样，由AD536进行信号交直流转换，再经信号调理和电气隔离后，最终把直流信号转换成不受输出负载影响的4～20mA 直流输出。

本实用新型的有益效果是：可以准确测量交流和直流电压信号，做到了交直流两用。

附图说明

附图1是一种交直流通用的真有效值电压变送器原理框图。

附图2是电压输入信号的电阻分压采样电路。

附图3是真有效值交直流转换电路。

附图4是信号调理与隔离电路。

附图5是4～20mA电流输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型装置的具体实施方式做进一步说明。

电压变送器的电压输入信号采用电阻分压的方式进行采样，采样电路如附图2所示。

电压和电流信号采样进来后，接下来需要进行信号交直流转换，采用一块AD536芯片来完成这一转换，电路如附图3所示。AD536是一款真有效值到等效直流电平转换的模拟集成电路，可以保证对失真正弦波和非正弦波信号测量的准确性。AD536可计算交流和直流信号，实现了输入信号交直流通用的设计目的。该芯片测量带宽为300K(信号大于 100mV)，可以实现高频采样。AD536采用激光校准对输入输出补偿，无需外部调整即可达到0.2％的精度。

电压采样信号由于是电阻分压方式采样，因此还需要进行电气隔离，采用线性光耦进行隔离，信号隔离电路如附图4所示。线性光耦工作时，AD536转换后的直流电平通过运放驱动光耦中的LED灯，形成电流IF，LED灯驱动两个特性十分相近的光敏二极管PD1和 PD2，最终由光敏二极管PD2产生一个正比于LED光强度的光电流IPD2输出，从而实现了光电隔离。

信号经过AD536转换、电气隔离和信号调理后，接下来需要一个电路，把直流信号转换成不受输出负载影响的4～20mA直流输出。附图5中直流电平经过调理电路和光耦隔离得到电压V2，经过运放U2后获得稳定的电压V3，V3＝(R9/R7)*V2，电压V3经过R11转换成 4～20mA电流输出，即Iout≈V3/R11＝4～20mA，输出电流Iout由运放U2驱动三极管T1后提供。AO+和AO-分别表示变送器输出的正极和负极。

本实用新型提供了一种交直流通用的真有效值电压变送器具有可以准确测量交流和直流信号，做到了交直流两用的特点。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。