高精度多功能模拟信号隔离变换器及其变换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模拟信号隔离变换器。
【背景技术】
[0002] 在发明名称为"机车压力变换器"的第CN200820167253. 8号中国实用新型专利申 请中公开一种机车压力变换器，其包括带压力敏感元件的头部组件、信号处理电路、电气输 出接头、机械接口和外壳，所述的压力敏感元件为陶瓷敏感元件。由于采用陶瓷传感器，其 没有液体的传递作用，无任何填充液，不会产生污染，且电气绝缘程度好，输出信号强，长期 稳定性好；由于电气输出接头连接在外壳中部，减小了整个压力变换器的长度，因此可用于 较短的空间中；由于头部组件的头部连接缓冲螺杆，因此能够起到缓冲作用，防止头部因冲 力过大而损坏。
[0003] 在发明名称为"一种核级温度变换器"的第CN200420033762. 3号中国实用新型 专利申请中公开一种核级温度变换器，包括接线盒、置于接线盒内的变换器电路板，其特点 是：变换器电路板的信号传输线，通过与所述接线盒依次相连接的防水接头和密封金属软 管引出，置于密封金属软管另一端的防水接头与设备相接；在接线盒连传感器的端口置有 密封接头。防水接头的端部有一外凸的球型接头，接线盒连接端有一凹状球面，外凸球型接 头和凹状球面由紧固件六角螺母紧固贴合。密封接头在接线盒的端口置有凹槽，凹槽内置 有金属密封圈，接线盒端口与密封螺母相连接。本实用新型的积极效果是：防水接头的球面 密封独特设计，密封接头中的端口凹槽，凹槽内的金属密封圈，使仪表密封性好，耐高温、耐 高压、耐潮湿、抗辐照性能好，适用于核电工况条件。
[0004] 在发明名称为"整体式电容物位变换器"的第CN200620047337. 9号实用新型专利 申请中公开了一种整体式电容物位变换器，其特点是变换器不带指示仪表，它的电子转换 器外壳与传感器是整体结构，电子转换器的外壳焊接在传感器连接件的端面上。其优点是： 结构简单，零件少，体积小，成本低，防水防腐防爆，适用范围广，特别适用于无须现场显示 测量值的小型被测容器，以及安装空间狭窄、安装地环境恶劣（潮湿、灰尘等）或有防爆要 求的场合。
[0005] 由于工业现场的环境条件是很复杂的，各种干扰包括天体放电干扰、电磁电火花 放电干扰、电气设备频率干扰、感应干扰通过不同的耦合方式如电容耦合、电磁耦合、共阻 抗耦合、漏电流耦合而进入测量系统，使测量结果偏离准确值，严重时会让测量系统不能工 作，因此要对工业信号进行干扰抑制，也就是采取隔离措施。隔离就是破坏干扰途径、切断 干扰耦合通道，从而达到抑制干扰的一种技术措施。另一方面，工业现场信号种类繁多，需 要将各种物理量转换成标准的工业控制信号：比如温度信号转换成4-20mA信号，交流800V 电压信号转换成0-10V信号、直流1A电流信号转换成0-5V信号等。隔离放大器起到信号标 准化及信号转换放大作用、远传作用、保安作用等。现有的信号隔离变换器的连接如图1所 示，现场各种模拟传感器连接信号隔离变换器，信号隔离变换器连接PLC、DCS等处理系统。
[0006] 上述现有技术均不能适应在复杂工况下应用，并不具备高抗干扰能力、高电气性 能如高转换精度等、低发热量的特点。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种高精度多功能模拟信号隔离变换器，可实现在复杂工况 下应用、_抗干扰能力、_电气性能如转换精度并可减少发热量、提_寿命和减少制造成 本。
[0008] 根据本发明的一方面提供一种高精度多功能模拟信号隔离变换器，包括：宽输入 电源模块、多功能输入模块、处理模块、输出模块和运算放大器；所述宽输入电源模块与多 功能输入模块、处理模块和输出模块相连接；其中，宽输入电源模块包括宽输入电源电路； 多功能输入模块包括多功能输入电路；处理模块包括数据采样电路、标么化电路、信号变换 电路；输出模块包括电压输出电路和电流输出电路；内部各类信号通过所述标么化电路标 幺化成电压统一信号，通过DIP开关实现电压输出和电流输出，运算放大器用于电气隔离。
[0009] 宽输入电源电路包括宽电压输入电源、配备在输入端的全控整流电路、第一集成 电源、第二集成电源，各单元电源完全隔离。
[0010] 多功能输入电路包括一组双列直插式（Double In-line Package, DIP)开关和不 同阻值的一组输入电阻，以满足不同类型信号输入的要求。
[0011] 标么化电路包括集成芯片、调偏电位器、运算放大器；集成芯片实现内部各类信号 标幺化成电压统一信号，运算放大器实现电气隔离。
[0012] 信号变换电路包括第一参考电平电路、第二参考电平电路、第三参考电平电路、一 组电阻，以实现输入信号量程到要求输出信号量程的转换。
[0013] 电压/电流输出电路包括第一集成块、第二集成块、第三集成块、功率输出管及 DIP开关，以实现电压输出和电流输出。
[0014] 根据本发明另一方面提供一种高精度多功能模拟信号隔离变换方法，采用上述高 精度多功能模拟信号隔离变换器实施，该高精度多功能模拟信号隔离变换器包括宽输入电 源电路、多功能输入电路、数据采样电路、标么化电路、信号变换电路、电压输出电路、电流 输出电路；该变换方法包括：
[0015] 多种模拟量信号输入：多种模拟量信号通过多功能输入电路将使各种物理量转换 成标准的工业控制信号；
[0016] 模拟量信号判断识别：对涉及的不同的模拟量信号进行识别判断；
[0017] 数据采样：通过数据采样电路确定不同模拟量信号采集的频道即周期，同时对采 用的次数进行确定，对当前的模拟量信号采集；
[0018] 模拟量转换：通过信号变换电路和标么化电路对于任何类型的输入信号，在内部 进行同电平处理即标么化处理，以将内部各类信号转换成稳定的电压信号；
[0019] 信号还原处理：实现输入信号量程到要求输出信号量程的转换；
[0020] 输入可编程逻辑控制器（PLC):通过输出模块的电压输出电路、电流输出电路和 DIP开关实现电压输出和电流输出到PLC中。
[0021] 各种物理量转换成标准的工业控制信号包括将温度信号转换成4-20mA信号、交 流800V电压信号转换成0-10V信号、直流1A电流信号转换成0-5V信号
[0022] 模拟量转换是通过集成芯片、调偏电位器、运算放大器实现。
[0023] 本发明的有益效果是：可适合复杂工况应用；提高抗干扰能力；提高电气性能如 转换精度；制造成本低；耗能少。
【附图说明】
[0024] 图1是现有的信号隔离变换器在系统中的连接示意图：
[0025] 图2是本发明一个实施例的高精度多功能模拟信号隔离变换器的系统图；
[0026] 图3是图2所示实施例中的宽输入电源电路图；
[0027] 图4是图2所示实施例中的多功能输入电路图；
[0028] 图5是图2所示实施例中的标幺化电路图；
[0029] 图6是图2所示实施例中的信号变换电路图；
[0030] 图7是图2所示实施例中的电压输出电路图；
[0031] 图8是图2所示实施例中电流输出电路图；
[0032] 图9是本发明的高精度多功能模拟信号隔离变换方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述【具体实施方式】，本领域的 技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的 精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。
[0034] 如图2所示，本发明一个实施例的一种高精度多功能模拟信号隔离变换器，包括： 宽输入电源模块、多功能输入模块、处理模块、输出模块和运算放大器，宽输入电源模块与 多功能输入模块、处理模块和输出模块相连接。
[0035] 宽输入电源模块包括宽输入电源电路。多功能输入模块包括多功能输入电路。处 理模块包括数据采样电路、标么化电路、信号变换电路；输出模块包括电压输出电路和电流 输出电路。内部各类信号通过所述标么化电路标么化成电压统一信号，通过DIP开关实现 电压输出和电流输出，运算放大器用于电气隔离。
[0036] 如图3所示，宽输入电源电路包括宽电压输入电源1、配备在输入端的全控整流电 路2、第一集成电源3、第二集成电源4,各单元电源完全隔离。
[0037] 如图4所不，多功能输入电路包括一组双列直插式（DIP)开关5和不同阻值的一 组输入电阻6,以满足不同类型信号输入的要求。
[0038] 如图5所示，标么化电路包括集成芯片7、调偏电位器8、运算放大器9 ;集成芯片 实现内部各类信号标么化成电压统一信号，运算放大器实现电气隔离。