变送器的工作原理及其应用.docx

电流变送器的工作原理及其应用集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可划分成以下两种类型： 一种是电压/电流转换器，亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4〜20mA 的电流信号（典型产品有 1B21, 1B22, AD693, AD694, XTR101, XTR106 和XTR115）；另一种属于电流/电压转换器，也叫电流环接收器（典型产品为 RCV420）上述产品可满足不同用户的需要电流变送器可以直接将被测主回 路交流电流或者直流电流转换成按线性比例输出的DC4〜20mA（通过250Q电 阻转换DC 1〜5V或通过500Q电阻 转换DC2〜10V）恒流环标准信号，连续 输送到接收装置（计算机或显示仪表）图1 XTR115的内部电路框图及基本应用电路图2 应变桥电流变送器的电路图3 XTR1 15的保护电路电流变送器的分类及概述电流变送器分直流电流变送器和交流电流变送器两种交流电流变送器是一 种能将被测交流电流转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，产品广 泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动 控制以及调度系统交流电流、电压变送器具有单路、三路组合结构形式，其特 点为：1、 准确度高（典型：0.2%最好0.05%）。

2、 整个量程范围都有极高的线性度3、 集成化程度高，结构简单，优良的温度特性和长期工作稳定性，使变送 器免于定期校验直流电流变送器将被测信号变换成一电压，经HCNR200/201线性光耦直接 变换成一个与被测信号成极好线性关系并且完全隔离的电压，再经恒压（流）至 输出具有原理非常简单，线路设计精炼，可靠性高，安装方便等优点霍尔 电流变送器什么是电流变送器？电流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4〜20mA （通过250Q电阻转换DC 1〜5V或通过500Q电阻 转换DC2〜 10V ）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表） 电流变送器原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，辅助工作电源+24V与输出信 号线DC4〜20mA共用，具有精度高，体积小、功耗小、频响宽、抗干扰、国 内首创4种补偿措施和6大全面保护功能，两线端口防感应雷能力强，具有雷 击波和突波的保护能力等优点特别适用发电机、电动机、智能低压配电柜、空 调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统； 电流变送器超低功耗，单只静态时0.096W，满量程功耗为0.48W，输出电流内部限制功耗为0.6W。

工作原理XTR115 采用 SO － 8 小型化封装，其内部电路框图及基本应用电路如图 1 所 示U +为电源端，接环路电源UREF为2.5V基准电压输出端II端接输入电 流 IRET 为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端，可作为输入电路 的公共地OUT为4〜20mA电流输出端UREG为+ 5V稳压器的输出端B 和E端为外部功率管的接口，分别接功率管的基极（B）和发射极（E）功率 管的集电极（C）接U +端芯片内部主要包括输入放大器（A）,电阻网络， 输出晶体管（VT1）, 2.5V基准电压源和+5V稳压器RLIM为内部限流电阻 外围元器件主要有输入电阻（RI），功率管（VT2），环路电源（Us）和负载电 阻（RL）输入电压UI先经过RI转换成输入电流II，再经过XTR115放大后 从OUT端输出4〜20mA的电流信号为减小失调电压以及输入放大器的漂移 量，要求 UI>0.5V应变桥电流变送器由XTR115构成应变桥电流变送器的电路如图2所示将脚3视为公共地， 由脚1给应变桥提供+2.5V的电源电压前置放大器采用TL061型单运放（亦 可采用OPA2277型双运放，仅用其中的一个运放），由+ 5V稳压器单独给运 放供电。

RI为20kQ输入电阻，C为降噪电容，VT为外部NPN功率管，可选 2N4922, TIP29C或TIP31B等型号以2N4922为例，其主要参数为 UCEO=6OV, ICM=1A, PCM=30W该电路的工作原理是当试件受力时，应变 桥输出的电压信号首先经过前置放大器放大成0.8〜4V的输入电压UI,再通过 RI转换成40〜200pA的输入电流II,最后经XTR115放大100倍后获得4〜 20mA的电流需要指出，XTR115只能配NPN功率管，不能配MOS场效应功率管外部 功率管应满足XTR115对电压、电流的要求，使用中还须给功率管装上合适的 散热器保护电路的设计保护电路应兼有反向电压保护与正向过压保护两种功能XTR115的保护电路 如图3所示反向电压保护电路由二极管整流桥VD1〜VD4组成，可防止因将 环路电源的极性接反而损坏芯片整流二极管可选用1N4148型高速硅开关二极 管，其主要参数为URM=75V, ld=150mA, trr=4ns采用桥式保护电路之后就 不用再考虑环路电源的极性，因为，无论Us的极性是否接反，它总能保证U + 端接得是正电压鉴于在任何时刻整流桥上总有两只二极管导通，因此，在计算 环路电压ULOOP时须扣除两只硅二极管的正向压降（约为1.4V），由式（2） 确定。

ULOOP=Us－IORL－1.4（2）过压保护电路采用一只1N4753A型稳压管，其稳定电压为36V,稳定电流为 7.0mA当环路电压过高时就被钳位到36V实验证明，即使环路电压达到65V, XTR115 也不会损坏为了改善瞬态过压保护特性，还可采用 Motorola 公司生 产的P6KE39A型瞬态电压抑制器（其英文缩写为TVS,亦称瞬变电压抑制二极 管）来代替稳压管P6KE39A的钳位电压UB=39V,钳位时间仅为1ns,其性 能远优于齐纳稳压管配J型热电偶的电流变送器电路图4 能冷端溫度补偿的」型热电偶输入电路由XTR101构成带冷端温度补偿功能的J型热电偶输入电路，如图4所示 该电路可将温度信号转换成4〜20mA的电流信号Rs为满量程（SPAN）设定 电阻，其电阻值由式（3）确定Rs=40/[ （Alo/UI） -0.016] （3）式中：△lo=20mA—4mA=16mA例如，当UI=100mV时，由式（3）不难算出，Rs=278QRs的引线应尽量 短，以减小干扰当Rs=-时，Ulmax=1VRp为调零电位器，在0°C下调整 Rp可使Io=4mA冷端温度补偿电路由二极管VD1，分压电阻R1和R2组成， R1及R2均采用精密金属膜电阻。

J型热电偶在一200C〜+ 750C测温范围内的平均温度系数aT=+51.70pV /C硅二极管正向压降的温度系数aD=-2.1mV/C，经过R1和R2分压后aD'=aD・[R1/ （R1+R2） ]=-2.1x[51/ （2x10 3+51） ]=-52pV/C=-aT因为aD与aT的大小相等而方向相反，二者又分别接到XTR101的负输入端 和正输入端上，所以在室温下二者能互相抵消，从而实现了冷端温度（即环境温 度）补偿，使温差热电势仅仅与被测温度有关（e=aTT），不受环境温度变化的 影响XTR101能输出两路1mA激励电流，分别接J型热电偶和电阻分压器 反向电压保护电路由VD2组成，当Us接反时VD2截止，电源不通正常工作 时 VD2 导通，环路电压 ULOOP=Us —IORL—0.7V电流变送器技术参数:•精度：优于 0.5％ ； •非线性失真：优于 0.5％；•额定工作电压Vcc：+24V±20%，极限工作电压：S35V ； •电源功耗：静态4mA,动态时相等于环路电流，内部限制25mA+10%； •额定输入：5A……1KA (42个规格)；•穿孔穿芯圆孔直径： 9、12、20、25、30mm；•输出形式：两线制DC4〜20mA；•输出电流温漂系数：S50ppm/°C；•响应时间：<100mS； •输入/输出绝缘隔离强度： AC3000V / 1min、1mA；•输出负载电阻： RLmax < (Vcc-10V) / 20mA •输入过载保护： 30 倍 1min；•输出过流限制保护：内部限制 25mA+10%；•两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力:TVS抑制冲击电35A ／20ms／1.5KW；•两线端口设置有+ 24V电源反接保护； •输出电流设置有长时间短路保护限制；内部限制 25mA+10%；。