一種電壓變送器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電壓變送器，包括單電源供電電路、交流電流電壓轉換電路、整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路：單電源供電電路為整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路提供電源；交流電流電壓轉換電路將被測回路中的交流電流信號轉換為交流電壓信號并輸出給整流電路；整流電路將交流電壓信號轉換為直流電壓信號；濾波電路采用二階低通濾波，并且增加電壓增益電路，可透過變送器殼體下端面的窗口調整電壓增益的值，直流電壓電流轉換電路將直流電壓信號轉換為直流電流信號并輸出。本電壓變送器可輸出精度高、可靠性強的直流電流信號，且成本低。
【專利說明】一種電壓變送器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電壓變送器，尤其涉及單電源供電、帶有整流濾波電路的交流電壓變送器。
【背景技術】
[0002]電壓變送器是一種將被測交流電壓、直流電壓、脈沖電壓轉換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的裝置?，F(xiàn)有的電壓變送器可實現(xiàn)對高壓(500-1000V)電壓的精確測量，輸出標準的0-20mA直流電流信號，但存在的缺陷是:其中的電源供電電路為了后續(xù)器件、芯片選型方面比較通用，往往使用+15V電源產生-15V電源進行供電；在電流電壓(ι/v)轉換方面使用小型電流傳感器進行隔離測量，存在需提供電源供電，且成本比較高；為了把ΙΛ轉換來的交流電壓轉換為理想的直流電壓信號，大部分變送器都是用真有效值轉換芯片，成本較高；電壓電流(V/I)轉換部分通過分離元件搭接電路輸出0-20mA直流電流信號，在精度、溫度特性方面不可控。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的上述不足而提供一種電壓變送器，可輸出精度高、可靠性強的直流電流信號，成本低。
[0004]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為:所述電壓變送器包括單電源供電電路、交流電流電壓轉換電路、整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路:單電源供電電路為整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路提供電源；交流電流電壓轉換電路將被測回路中的交流電流信號轉換為交流電壓信號并輸出給整流電路；整流電路將交流電壓信號轉換為直流電壓信號；濾波電路的輸入端接整流電路的輸出端，濾波電路的輸入端依次接第一個電阻、第二個電阻、運算放大器的同相輸入端，其中第二個電阻的一端接電容、OV電源，第二個電阻的另一端接另一電容、OV電源；運算放大器的反相輸入端接第三個電阻、OV電源，運算放大器的輸出端為濾波電路的輸出端，在運算放大器的反相輸入端和輸出端之間接電壓增益電路，電壓增益電路為第四個電阻、電位器串聯(lián)后與第三個電容并聯(lián)；直流電壓電流轉換電路將直流電壓信號轉換為直流電流信號并輸出。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點在后結合實施例進行詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0007]圖2是本發(fā)明的信號處理部分電路圖。
[0008]圖3是本發(fā)明的整流電路電路圖。
[0009]圖4是本發(fā)明的濾波電路電路圖。
[0010]圖5是本發(fā)明的V/I轉換電路電路圖。
[0011]圖6是本發(fā)明的單電源供電電路圖。[0012]圖7是本發(fā)明的結構分解圖。
[0013]圖8是本發(fā)明的組裝結構圖。
[0014]圖9是本發(fā)明的殼體下端面示意圖。
[0015]圖10是本發(fā)明殼蓋上的接線方式示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖、實施例對本發(fā)明實施方式、有益效果進行具體說明。
[0017]本發(fā)明電壓變送器的原理如圖1所示，電壓變送器的電路部件包括交流電流電壓轉換(Ι/v轉換)電路、整流濾波電路、直流電壓電流轉換(V/I轉換)電路、單電源供電電路。
[0018]信號處理部分的電路圖如圖2所示，I/V轉換電路接入被測電壓的回路中，并串聯(lián)電阻R分壓限流，I/V轉換電路可將被測回路中的交流電流信號轉換為交流電壓信號并輸出給整流、濾波電路，整流、濾波電路將交流電壓轉換為直流電壓信號，直流電壓信號經(jīng)V/I轉換電路轉換后，輸出標準的直流電流信號。
[0019]I/V轉換電路采用電壓互感器，只需在后端增加一個電阻就可以轉換為電壓信號，電壓互感器為無源器件，且成本低廉、輸出精度高。
[0020]整流電路的電路如圖3所示，整流電路的輸入端與OV之間串聯(lián)電阻R3、R4，整流電路輸入端與輸出端之間并聯(lián)反相比例運算電路和電壓跟隨電路。
[0021]反相比例運算電路由電阻R6、電阻R8、運算放大器N1A、二極管VD2連接組成。電阻R6的一端接整流電路輸入端，電阻R6的另一端接運算放大器NlA的反相輸入端、電阻R8，運算放大器NlA的同相輸入端接電阻R5、0V電源，運算放大器NlA的輸出端接二極管VD2的陽極，二極管VD2的陰極接整流電路的輸出端，電阻R8的一端接電阻R6，電阻R8另一端接整流電路的輸出端。
[0022]當整流電路的輸入端的電壓大于OV時，運算放大器NlA的反相輸入端的電位大于同相輸入端的電位，運算放大器NlA的輸出端輸出為負，二極管VD2截止，反相比例運算電路無輸出。當整流電路的輸入端的電壓小于OV時，運算放大器NlA的反相輸入端的電位小于同相輸入端的電位，運算放大器NlA的輸出端輸出為正，二極管VD2導通，反相比例運算電路輸出為正。
[0023]電壓跟隨電路由電阻R7、運算放大器N1B、R9、二極管VD3連接組成。電阻R7的一端接整流電路輸入端，電阻R7的另一端接運算放大器NlB的同相輸入端，運算放大器NlB的反相輸入端接電阻R9的一端，運算放大器NlB的輸出端接二極管VD3的陽極，二極管VD3的陰極接整流電路輸出端，電阻R9另一端接整流電路輸出端。
[0024]當整流電路的輸入端的電壓小于OV時，R3+R4取樣電壓小于0V，運算放大器NlB輸出為負，二極管VD3截止，電壓跟隨器電路無輸出。整流電路的輸入端的電壓大于OV時，R3+R4取樣大于0V，運算放大器NlB輸出為正，運算放大器NlB的5腳電位電壓按1:1跟隨，二極管VD3導通。
[0025]濾波電路的電路如圖4所示。濾波電路由電阻R10、電容C4、R11、電容C5、運算放大器NIC、電阻R12連接組成，濾波電路的輸入端接整流電路的輸出端，濾波電路的輸入端依次接電阻R10、R11、運算放大器NlC的同相輸入端，其中電阻RlI的一端接電容C4、0V電源，電阻Rll的另一端接電容C5、0V電源；運算放大器NlC的反相輸入端接電阻R12、0V電源，運算放大器NIC的輸出端為濾波電路的輸出端。
[0026]濾波電路采用電阻R10、電容C4、電阻Rl1、電容C5 二階低通濾波，讓其在截至頻率內衰減的更快一些，來提高輸出電壓。
[0027]由于整流濾波后電壓信號只有毫伏級，所以在運算放大器NlC的反相輸入端和輸出端之間接電壓增益電路，電壓增益電路由電容C6、電阻R13、電位器RPl連接組成。電阻R13、電位器RPl串聯(lián)后與電容C6并聯(lián)。電壓增益的值為H= (R13 + RPl)/R12 + 1，依靠調節(jié)電位器RPl來調整電壓增益的值。
[0028]在整流、濾波電路中，電路設計簡單，便于電路印制板小型化，降低成本，并可輸出理想的直流信號。
[0029]V/I轉換電路的電路如圖5所示，V/I轉換電路主要由電阻R14、二極管VD4、轉換芯片N2、電阻R16、電容C8、場效應管VT1、電阻R17、電容C9連接組成。電壓信號經(jīng)過電阻R14輸入型號為XTR111AIDGQT的轉換芯片N2，轉換芯片N2的引腳VSP接供電電源的正極。轉換芯片N2的引腳VSP與OV電源之間接電容C7，轉換芯片N2將電壓信號轉換為電流信號，電流信號由型號為IRFU9120N的場效應管VTl整流，場效應管VTl的漏極連接電阻R16、轉換芯片N2的引腳IS，場效應管VTl的柵極接轉換芯片N2的引腳VG ;轉換芯片N2的引腳IS、引腳VG之間連接電容C8 ;二極管VD4的陽極連接OV電源，陰極連接轉換芯片N2的輸入端；電容C9的一端連接場效應管VTl的源極，另一端接地；場效應管VTl的源極連接電阻R17，電阻R17的另一端輸出標準的直流信號。
[0030]因為采用轉換芯片進行電壓電流轉換，其成本較低，其溫度特性及長期可靠性高。
[0031]V/1轉換電路還包括電阻R15，電阻R15的一端接轉換芯片N2的引腳SET，另一端接OV電源。轉換芯片N2的輸出電流1ut=10*Vin/R15，因此R15的溫度特性直接關系到變送器的輸出，為此電阻R15為溫度系數(shù)為25ppm的金屬氧化膜電阻。
[0032]V/1轉換電路的輸出端還接有靜電保護(ESD保護)電路，ESD保護電路由二極管VD5.VD6連接組成，二極管VD5的陽極接輸出端，陰極接+15V電源，當輸出端有高壓正電壓信號進入時二極管VD5導通；二極管VD6的陽極接OV電源，陰極接輸出端，當輸出端有高壓負電壓信號進入時二極管VD6導通，這樣可以對變送器芯片進行保護，提高產品的ESD保護能力。
[0033]電源部分采用單電源供電電路，單電源供電電路外接+15V電源，并對外接電源進行處理，為整流濾波電路、V/I轉換電路提供工作電源。優(yōu)選的單電源供電電路如圖6所示，該單電源供電電路外接+15V電源與OV電源，+15V電源與OV電源之間連接壓敏電阻RVl，電感LI接二極管VDl的陽極，串聯(lián)接在外接+15V電源與輸出的供電電源之間，電感L2接瞬變電壓抑制二極管VSl的陽極，串聯(lián)接在OV電源與輸出的供電電源之間，電容Cl、電容C2與瞬變電壓抑制二極管VSl并聯(lián)。
[0034]單電源供電電路和雙電源電路相比，單電源供電電路更利于電路板小型化，降低成本，同時由于減少了產生負電壓環(huán)節(jié)，后續(xù)電路的功耗都直接來自供電電源，設計時只要考慮其供電電源功耗是否滿足電路設計需求即可；單電源供電電路中的壓敏電阻RVl與瞬變電壓抑制二極管VSl起浪涌保護作用；電感L1、L2可提高產品的射頻傳導抗擾度。二極管VDl起電源防反接作用，在+15V與OV接錯后起保護后續(xù)電路中的極性器件；電容Cl、C2與瞬變電壓抑制二極管VSl并聯(lián)，起低頻及高頻濾波作用。[0035]本電壓變送器的結構如圖7、圖8、圖9所示，電路板組件20上集成上述單電源供電電路、Ι/v轉換電路、整流電路、濾波電路、V/I轉換電路。電路板組件20固定于殼體30、殼蓋10圍成的內部空間內。電路板組件20上帶有螺釘孔，殼蓋10上帶有與電路板組件20上的螺釘孔相配的螺釘孔，殼蓋10上還帶有接線柱、卡扣，殼體30的上端開口，側面帶有與卡扣相配的卡槽，殼體30的下端面帶有窗口 32。
[0036]組裝時，現(xiàn)將電路板組件20、殼蓋10依靠螺釘固定，并且電路板組件20上的接線端頭連接接線柱，再依靠卡扣、卡槽將殼蓋10蓋合在殼體30上端開口處，電路板組件20位于殼體30內。電路板組件20上的電壓增益電路中的電位器PRl的調節(jié)旋鈕正對殼體30下端面的窗口 32。
[0037]組裝完后，可根據(jù)不同的使用條件，透過窗口 32調節(jié)電壓增益電路中的電位器PRl，以調整電壓增益的值。
[0038]殼蓋10各接線柱的接線方式如圖10所示，接線柱1、接線柱4分別接被測電路的電壓正極和負極，接線柱5外接+15V電源，接線柱6和接線柱8外接OV電源，接線柱7為直流電流信號輸出端。
【權利要求】
1.一種電壓變送器，其特征在于:所述變送器包括單電源供電電路、交流電流電壓轉換電路、整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路: 單電源供電電路為整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路提供電源； 交流電流電壓轉換電路將被測回路中的交流電流信號轉換為交流電壓信號并輸出給整流電路； 整流電路將交流電壓信號轉換為直流電壓信號； 濾波電路的輸入端接整流電路的輸出端，濾波電路的輸入端依次接電阻(RlO)、電阻(R11)、運算放大器(NIC)的同相輸入端，其中電阻(Rll)的一端接電容(C4)、0V電源，電阻(RH)的另一端接電容(C5)、0V電源；運算放大器(NIC)的反相輸入端接電阻(R12)、0V電源，運算放大器(NIC)的輸出端為濾波電路的輸出端，在運算放大器(NIC)的反相輸入端和輸出端之間接電壓增益電路，電壓增益電路為電阻(R13)、電位器(RPl)串聯(lián)后與電容(C6)并聯(lián)； 直流電壓電流轉換電路將直流電壓信號轉換為直流電流信號并輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓變送器，其特征在于:所述整流電路輸入端與輸出端并聯(lián)反相比例運算電路和電壓跟隨電路；反相比例運算電路中，電阻(R6)的一端接整流電路輸入端，另一端接運算放大器(NlA)的反相輸入端、電阻(R8)，運算放大器(NlA)的同相輸入端接電阻(R5)、0V電源，運算放大器(NlA)的輸出端接二極管(VD2)的陽極，二極管(VD2)的陰極接整流電路的輸出端，電阻(R8)的一端接電阻(R6)，另一端接整流電路的輸出端；電壓跟隨電路中，電阻(R7)的一端接整流電路輸入端，另一端接運算放大器(NlB)的同相輸入端，運算放大器(NlB)的反相輸入端接電阻(R9)的一端，運算放大器(NlB)的輸出端接二極管(VD3)的陽極，二極管(VD3)的陰極接整流電路輸出端，電阻(R9)另一端接整流電路輸出端。
3.根據(jù)權利要求1所述的電壓變送器，其特征在于:直流電壓電流轉換電路由轉換芯片進行電壓電流轉換，其輸出端接二極管(VD5)的陽極，輸出端接二極管(VD6)的陰極，二極管(VD5)的陰極接+15V電源，二極管(VD6)的陽極接OV電源。
4.根據(jù)權利要求3所述的電壓變送器，其特征在于:直流電壓電流轉換電路還包括電阻(R15)，電阻(R15)的一端接轉換芯片(N2)，另一端接OV電源，電阻(R15)為溫度系數(shù)為25ppm的金屬氧化膜電阻。
5.根據(jù)權利要求1所述的電壓變送器，其特征在于:單電源供電電路外接+15V電源與OV電源，+15V電源與OV電源之間連接壓敏電阻(RV1)，電感(LI)接二極管(VDl)的陽極，串聯(lián)接在外接+15V電源與輸出的供電電源之間，電感(L2)接瞬變電壓抑制二極管(VSl)的陽極，串聯(lián)接在OV電源與輸出的供電電源之間，電容(Cl)、電容(C2)與瞬變電壓抑制二極管(VSl)并聯(lián)。
6.根據(jù)權利要求1所述的電壓變送器，其特征在于:所述變送器還包括電路板組件(20),殼蓋(10)、殼體(30)，殼體(30)的上端開口，所述單電源供電電路、交流電流電壓轉換電路、整流電路、濾波電路、直流電壓電流轉換電路集成于電路板組件(20 )，電路板組件(20)固定于殼蓋(10),殼蓋(10)固定于殼體上端開口處，電路板組件(20)位于殼體(30)內，殼體下端面開有窗口(32)，透過窗口(32)可調節(jié)電壓增益電路中的電位器(PR1)。
【文檔編號】G01R19/22GK103760409SQ201310617794
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】米哲濤, 曲品, 李德來, 關克 申請人:寧波南車時代傳感技術有限公司