專利名稱：電流信號取樣電阻自檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電流信號采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電流信號取樣電阻自檢測電路。
背景技術(shù)：
電流信號采集(取樣)電路使用取樣電阻接入信號回路，以將信號回路的電流信號線性轉(zhuǎn)換成電壓信號后供運放、AD轉(zhuǎn)換器件等使用。因此，取樣電阻的阻值偏差直接影響到電流信號取樣電路的轉(zhuǎn)換精度。現(xiàn)有的電流信號取樣電路只使用一個取樣電阻，因此，如該取樣電阻因隨機失效、 阻值飄移、腐蝕、回路浪涌等原因?qū)е缕渥柚底兓瘯r，電流信號取樣電路將會隨之發(fā)生測量偏差增大，甚至測量錯誤的情況。而現(xiàn)有的電流信號取樣電路又無法檢測到上述錯誤，從而最終導(dǎo)致現(xiàn)場信號誤判，造成較大的安全隱患，進而無法滿足安全儀表、安全系統(tǒng)等高可靠性應(yīng)用的場合
實用新型內(nèi)容
有鑒于此，本實用新型提供了電流信號取樣電阻自檢測電路，以解決上述一系列問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案一種電流信號取樣電阻自檢測電路，包括接入信號回路并且相互串聯(lián)的第一取樣電阻和第二取樣電阻；與所述第一取樣電阻相連接的第一調(diào)理電路；與所述第二取樣電阻相連接的第二調(diào)理電路；同時與所述第一調(diào)理電路和第二調(diào)理電路相連接的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC ；與所述ADC的輸出端相連接的中央控制器?？梢姡?dāng)?shù)谝蝗与娮?以下簡稱Rl)、第二取樣電阻(以下簡稱R2)接入信號回路后，Rl的兩端電壓為U2，R1兩端電壓與R2兩端電壓之和為U1。第一調(diào)理電路可對U2進行調(diào)理，調(diào)理后輸出模擬電壓信號U4，而第二調(diào)理電路可對Ul進行調(diào)理，調(diào)理后輸出模擬電壓信號U3 ；ADC可對調(diào)理后的兩個電壓信號U3和U4分別進行AD轉(zhuǎn)換，以得到數(shù)字電壓信號U5和U6。而中央控制器則可分析U5和U6的比值是否落在允許的偏差范圍內(nèi)，如果是，則取U5/R1值為實際電流值，否則，認(rèn)為取樣電阻異常(故障)或信號異常，ADC采集的電壓值不可用，進而電流采樣值無效。這樣一來，中央控制器可在其他器件的協(xié)助下，完成電流采樣值是否有效的自檢測，并可在確定有效時，取U5/R1值為實際電流值完成電流信號采樣。為防止兩個取樣電阻同時出現(xiàn)相同的偏差，可使用不同阻值、不用型號的電阻器作為Rl和R2，從而可在一定程度上消減因取樣電阻隨機失效、阻值飄移、腐蝕、回路浪涌等原因而導(dǎo)致的阻值變化。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本實用新型實施例提供的電流信號取樣電阻自檢測電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的第一調(diào)理電路或第二調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。在自動控制領(lǐng)域中，(O 20)mA、(4 20)mA電流信號是標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，因其抗干擾性強，信號轉(zhuǎn)換方便等特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制中。例如變送器可根據(jù)現(xiàn)場物理量的大小轉(zhuǎn)換(4 20)mA的電流信號輸出，供控制系統(tǒng)采集、運算；調(diào)節(jié)閥、變頻器等可根據(jù) 控制系統(tǒng)輸出的(4 20)mA范圍內(nèi)的電流信號控制閥門開度、電機轉(zhuǎn)速等。上述控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥、變頻器等部件都需要采集信號回路中的(4 20)mA的電流信號，并可能與模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、運放等電子電路相連。但ADC、運放電路又只能對電壓信號進行轉(zhuǎn)換、運算，因此需要利用電流信號采集電路將上述電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。在現(xiàn)有技術(shù)中，(4 20) mA信號電流信號取樣電路通常使用一個50 Ω 250 Ω的精密電阻作為取樣電阻接入信號回路，根據(jù)歐姆定律I = U/R計算取樣電阻的兩端電壓即可獲得上述信號回路的電流(也即獲得了電流信號)。而根據(jù)歐姆定律I = U/R可以得知，取樣電阻的阻值偏差將直接影響到取樣電路的轉(zhuǎn)換精度。如取樣電阻因隨機失效、阻值飄移、腐蝕、回路浪涌等原因?qū)е伦柚蛋l(fā)生變化時，取樣電路隨之也將會出現(xiàn)測量偏差增大，甚至出現(xiàn)測量錯誤的現(xiàn)象。而現(xiàn)有的電流信號取樣電路又無法檢測到上述錯誤，從而最終導(dǎo)致現(xiàn)場信號誤判，造成較大的安全隱患，進而無法滿足安全儀表、安全系統(tǒng)等高可靠性應(yīng)用的場合。有鑒于此，本實用新型實施例提供一種電流信號取樣電阻自檢測電路，以解決上述一系列問題。參見圖1，上述電流信號取樣電阻自檢測電路可包括接入信號回路，并且相互串聯(lián)的第一取樣電阻Rl和第二取樣電阻R2。具體的，Rl 的下端可接地；與第一取樣電阻Rl相連接的第一調(diào)理電路I ;與第二取樣電阻R2相連接的第二調(diào)理電路2 ；同時與第一調(diào)理電路I和第二調(diào)理電路2相連接的ADC3 ；以及，與ADC3的輸出端相連接的中央控制器4。上述各器件的工作原理如下[0030]當(dāng)Rl、R2接入信號回路后，Rl的上端電壓為U2，而R2的上端電壓為Ul (也即Rl 的兩端電壓與R2的兩端電壓之和為Ul)。第一調(diào)理電路I對U2進行調(diào)理，調(diào)理后輸出模擬電壓信號U4，而第二調(diào)理電路2可對Ul進行調(diào)理，調(diào)理后輸出模擬電壓信號U3。ADC對調(diào)理后的兩個電壓信號U3和U4分別進行AD轉(zhuǎn)換，以得到數(shù)字電壓信號U5 和U6。中央控制器則可根據(jù)數(shù)字電壓信號U5和U6進行運算分析，分析二者間的比值是否落在允許的偏差范圍內(nèi)，如果是，則取U5/R1值為實際電流值，否則，認(rèn)為取樣電阻異?；蛐盘柈惓?，ADC采集的電壓值不可用，進而電流采樣值無效。這樣一來，中央控制器可在其他器件的協(xié)助下，完成電流采樣值是否有效的自檢測，并可在確定有效時，取U5/R1值為實際電流值完成電流信號采樣。而在本實用新型其他實施例中，可使用不同阻值、不用型號的電阻器作為Rl和R2，以防止兩個取樣電阻同時出現(xiàn)相同的偏差，從而可在一定程度上消減因取樣電阻隨機失效、阻值飄移、腐蝕、回路浪涌等原因而導(dǎo)致的阻值變化。需要注意的是，Rl和R2的阻值可以根據(jù)實際電流信號的大小進行選取。在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的(4 20)mA信號采集中，通常對Rl與R2的阻值進行選擇，以使Rl與R2的阻值之和落在(50 250) Ω范圍內(nèi)。在本實用新型其他實施例中，上述第一調(diào)理電路I可具有兩個輸入端，這兩個輸入端可分別與Rl的兩端相連接 ，以獲取Rl兩端電壓U2。同理，在本實用新型其他實施例中，上述第二調(diào)理電路2也具有兩個輸入端，這兩輸入端中的一個可與R2的上端相連接，另一個接地，以獲取電壓Ul。上述第一調(diào)理電路I和第二調(diào)理電路2對電壓信號的調(diào)理可包括信號比例縮放、 信號濾波和阻抗變換等。相應(yīng)的，參見圖2，在本實用新型其他實施例中，上述第一調(diào)理電路I和第二調(diào)理電路2均可包括比例縮放電路或比例縮放器101、濾波電路或濾波器102， 以及阻抗變換電路或阻抗變換器103。并且，101、102、103三者的連接關(guān)系可視實際情況而定，比如101至103可依次串聯(lián)，本實用新型不作此限制。下面將對中央控制器4的工作作具體介紹。中央控制器4可對上述電壓采樣值U5、U6進行除法運算，以得到一個電壓比值X(X =U5/U6)。當(dāng)X與取樣電阻比例Rl/(R1+R2)偏差在允許范圍內(nèi)時，即同時滿足
Χ>-^-^~2 Χ<-^-^+2 (a為允i午的最大采樣偏差)，則認(rèn)為取樣電阻正常，取 Kl + K2Kl + K2
U5/R1值為實際電流值。否則，認(rèn)為取樣電阻異?；蛐盘柈惓?，ADC采集的電壓值不可用，進
而判定電流采樣值無效。基于上述對中央控制器4的工作，在本實用新型其他實施例中，上述中央控制器4 可包括除法運算器和判斷器。其中，除法運算器可用于計算U5/U6，判斷器則可用于判斷U5/U6的值是否在允許的偏差范圍內(nèi)，并進而判斷ADC采集的電壓值是否可用。當(dāng)然，在本實用新型其他實施例中，上述中央控制器4還可包括其他運算器以計
權(quán)利要求1.一種電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，包括 接入信號回路并且相互串聯(lián)的第一取樣電阻和第二取樣電阻； 與所述第一取樣電阻相連接的第一調(diào)理電路； 與所述第二取樣電阻相連接的第二調(diào)理電路； 同時與所述第一調(diào)理電路和第二調(diào)理電路相連接的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC ; 與所述ADC的輸出端相連接的中央控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，所述第一調(diào)理電路具有兩輸入端，所述兩輸入端分別與所述第一取樣電阻的兩端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在干，所述第二調(diào)理電路具有兩輸入端，所述第二調(diào)理電路的其中一個輸入端與所述第二取樣電阻的上端相連接，所述第二調(diào)理電路的另一個輸入端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，所述第一調(diào)理電路和第二調(diào)理電路均包括比例縮放電路或比例縮放器、濾波電路或濾波器，以及阻抗變換電路或阻抗變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，所述中央控制器包括除法運算器和判斷器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在干，所述電流信號取樣電阻自檢測電路或中央控制器還包括報警器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，所述電流信號取樣電阻自檢測電路或中央控制器還包括計時器。
8.如權(quán)利要求1-7任一項所述的電流信號取樣電阻自檢測電路，其特征在于，包括所述中央控制器具體為微控制單元MCU。
專利摘要本實用新型實施例公開了電流信號取樣電阻自檢測電路，其包括接入信號回路并且相互串聯(lián)的第一取樣電阻和第二取樣電阻；與第一取樣電阻相連接的第一調(diào)理電路；與第二取樣電阻相連接的第二調(diào)理電路；同時與第一調(diào)理電路和第二調(diào)理電路相連接的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC；與ADC的輸出端相連接的中央控制器。中央控制器可在其他器件的協(xié)助下，完成電流采樣值是否有效以及電流信號取樣電阻是否異常的自檢測。
文檔編號G01R15/00GK202471796SQ20122004400
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者龐欣然, 張頌, 李波波, 楊汶佼, 胡一智 申請人:浙江中控技術(shù)股份有限公司