專利名稱：電流信號分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號分配裝置，具體涉及一種能夠同時轉(zhuǎn)換多路并將其中每一路4-20mA電流信號轉(zhuǎn)換成3路相等信號的分配器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需將一個變送器的4-20mA信號同時送到多個控制器或者接收器，但是由于變送器負(fù)載能力的限制以及對信號精度的高要求，直接將變送器和多個接收器串聯(lián)起來往往不能滿足要求。比如有些變送器的電流負(fù)載能力在300Ω-600Ω左右，接收器的輸入電阻通常為250Ω，因此最多只能將2個接收器串聯(lián)起來使用。如果讓這種變送器帶動2個以上串聯(lián)的接收器便無法正常工作。而且采用串聯(lián)方式，一旦其中一個接收器出現(xiàn)故障斷開時，其他的接收器也無法正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠?qū)⒁粋€4-20mA電流標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成多路高精度相等的電流輸出信號，供多個接收器使用的電流信號分配器。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的電流信號分配器的硬件構(gòu)架包括基準(zhǔn)電壓模塊、DC/DC模塊、輸入緩沖模塊、信號輸出模塊四部分基準(zhǔn)電壓模塊產(chǎn)生高精度的基準(zhǔn)電壓供輸入緩沖模塊使用；DC/DC模塊將24VDC轉(zhuǎn)換成為15VDC供信號輸出模塊使用；輸入緩沖模塊將4-20mA的輸入信號轉(zhuǎn)化成電壓信號輸送到信號輸出模塊；3塊信號輸出模塊將把輸入緩沖模塊送來的電壓信號再次轉(zhuǎn)換成3組4-20mA的電流信號輸出。
具體地說首先由基準(zhǔn)電壓模塊產(chǎn)生7.5V的基準(zhǔn)電壓；輸入緩沖模塊以一精密電阻將輸入的4-20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成以電源地為參考點(diǎn)的電壓信號V1，然后再以基準(zhǔn)電壓7.5V為對稱點(diǎn)將此電壓信號V1對稱地轉(zhuǎn)換為大小與V1相同、相對電源15V為“-V1”的電壓信號V2(即V2＝15V-V1)；最后通過3塊信號輸出模塊將電壓信號V2轉(zhuǎn)化成3組參考點(diǎn)為電源地的電流輸出信號。為降低分配器的功耗和提高抗電源波動的能力，采用15V作為輸出電流的電源(直接采用24V作為輸出電流的電源，分配器的功耗比較大并且元器件溫度也較高，會影響其使用壽命)。而且用DC/DC模塊產(chǎn)生的15V電壓對24V電源波動有一定的抑制作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是能夠同時轉(zhuǎn)換多路并將其中每一路電流信號分別高精度地分配成3組相等的電流信號輸出，滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域多路控制的需要，本實(shí)用新型轉(zhuǎn)換方法合理、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧。


圖1是工作原理示意圖；圖2是硬件構(gòu)架示意圖；圖3本分配器單路電路示意圖；圖4傳統(tǒng)分配器單路電路示意圖。
圖中1-電源24V DC輸入，2-輸入端子，3-輸入緩沖模塊，4-信號輸出模塊，5-輸出端子，6-基準(zhǔn)電壓模塊，7-DC/DC模塊，8-負(fù)反饋電路，9-輸入電路，10-輸出電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述圖1以15路電流信號分配為例，由圖可見本實(shí)用新型可以同時完成15路電流信號分配，每一路電流輸入信號都能被分配成3路高精度的電流信號輸出。分配器由24V DC電源1供電。電流信號從輸入端子2進(jìn)入輸入緩沖模塊3，輸入緩沖模塊3將15路電流輸入信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出給信號輸出模塊4，3組信號輸出模塊4再將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號輸出到輸出端子5。圖1例示15路電流信號分配器，每一路輸入端子2為“+、-”二個，15路電流輸入信號共用30個輸入端子。圖1上方為3組輸出端子5，分別設(shè)為A組、B組和C組。每路輸入信號分配到3組輸出端子的相應(yīng)路輸出，由“+”端子流出再流回公共的接地端子，每組15個“+”端子和一個公共回路端子共有16個輸出端子5。3組共有48個輸出端子。
由圖2可見本實(shí)用新型的硬件構(gòu)架主要由基準(zhǔn)電壓模塊6，DC/DC模塊7，輸入緩沖模塊3，信號輸出模塊4組成?；鶞?zhǔn)電壓模塊6，DC/DC模塊7，輸入緩沖模塊3、輸入端子2和輸出端子5都設(shè)置在主板上。主板通過3個44芯的插槽與3塊信號輸出模塊4連接，為其提供電源、基準(zhǔn)電壓以及緩沖過的信號，并且接收其發(fā)回的最終輸出信號，送到輸出端子5上。每一塊信號輸出模塊完成一組輸出任務(wù)，共3組。這樣的設(shè)計使得功能明確，維護(hù)簡單方便，并且使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，雖然集成了15路的電流分配電路但是體積依然很小。
由圖3可見輸入緩沖模塊3和信號輸出模塊4主要是由精密電阻以及運(yùn)算放大器組成的。輸入緩沖模塊3使用的運(yùn)算放大器型號為OPA4277，信號輸出模塊4所用的運(yùn)算放大器型號為TL064。輸入緩沖模塊3中的放大電路由OPA4277運(yùn)算放大器和2個精密電阻R組成，它將電壓信號V1轉(zhuǎn)換成V2＝[7.5V+(7.5V-V1)]＝(15V-V1)的信號，也就是說電壓信號V2相始終比15伏電源的正端低V1(即使15伏電源發(fā)生波動)。這個信號被送到3個信號輸出模塊4。信號輸出模塊4將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號輸出。其中的TL064運(yùn)算放大器和三極管構(gòu)成了一個深度負(fù)反饋的放大電路，它能夠有效地抑制各種外界因素的影響而保持輸出信號與輸入信號一致。例如當(dāng)負(fù)載電阻增大而引起輸出電流(即三極管的IC)變小時，通過反饋引起一連串反應(yīng)→三極管發(fā)射極電流Ie減小→發(fā)射極電位Ve升高→放大器負(fù)輸入端的電位升高→放大器的輸出電位降低→三極管的Ib增大，Ic也相應(yīng)增大來反對輸出電流的變小，最終達(dá)到(盡量)保持輸出電流恒定不變的目的。反之，當(dāng)某種因素欲使輸出電流變小時，負(fù)反饋電路8也會反對輸出電流的變小，最終達(dá)到(盡量)保持輸出電流恒定不變的目的。因此負(fù)反饋電路8是分配器精度的有效保障。
圖4為分配器常常采用的傳統(tǒng)電路，其中輸入電路9僅僅起到一個緩沖的作用(即V2’＝V1)，相當(dāng)于電壓信號V1直接地輸送到輸出電路10。輸出電路10一般由運(yùn)算放大器、三極管和4個精密電阻R組成(由15V電源供電)，完成將電壓信號V1轉(zhuǎn)換成(15V-V1)的功能。每路3個輸出電路需使用12個精密電阻R，與本實(shí)用新型只有輸入緩沖模塊3中需要2個精密電阻R相比，多出了10個(若以15路計則多使用150個精密電阻R)。因此本實(shí)用新型涉及的電流分配器更為經(jīng)濟(jì)。
權(quán)利要求1.一種電流信號分配器，包括輸入緩沖模塊(3)和信號輸出模塊(4)，其特征在于基準(zhǔn)電壓模塊(6)產(chǎn)生7.5V基準(zhǔn)電壓與所述輸入緩沖模塊(3)連接，DC/DC模塊(7)將24V DC輸入轉(zhuǎn)換為15V DC輸出，與所述信號輸出模塊(4)連接，所述輸入緩沖模塊(3)的輸出連接所述信號輸出模塊(4)的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流信號分配器，其特征在于所述輸入緩沖模塊(3)中放大電器由OPA4277型運(yùn)算放大器、2個精密電阻組成，以基準(zhǔn)電壓7.5V作為輸入信號放大的參照點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流信號分配器，其特征在于所述信號輸出模塊(4)由精密電阻、三極管和TL064型運(yùn)算放大器組成，所述TL064型運(yùn)算放大器和所述三極管、精密電阻組成深度負(fù)反饋的放大電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流信號分配器，其特征在于所述信號輸出模塊(4)數(shù)量為3塊。
專利摘要一種電流信號分配器，由基準(zhǔn)電壓模塊、輸入緩沖模塊、DC/DC模塊和信號輸出模塊組成，其特征在于基準(zhǔn)電壓模塊產(chǎn)生7.5V基準(zhǔn)電壓輸出與輸入緩沖模塊連接，DC/DC模塊將24V DC輸入轉(zhuǎn)換為1 5V DC輸出與信號輸出模塊連接，輸入緩沖模塊將輸入電流信號流經(jīng)一精密電阻變成電壓信號并將其緩沖放大，再經(jīng)信號輸出模塊將此電壓信號轉(zhuǎn)換回電流信號輸出。本實(shí)用新型展示的實(shí)施例能同時轉(zhuǎn)換15路、并將其中每一路4mA～20mA電流信號，轉(zhuǎn)換成3路相等的信號，結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、體積小巧，可滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域多路控制的需要。
文檔編號G08C19/00GK2861972SQ20052004781
公開日2007年1月24日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者徐敦瀛, 王星煒 申請人:上海自動化儀表股份有限公司