專利名稱：電流信號(hào)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(hào)分配裝置，具體涉及一種能夠同時(shí)轉(zhuǎn)換多路并將其中每一路4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成3路相等信號(hào)的分配器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需將一個(gè)變送器的4-20mA信號(hào)同時(shí)送到多個(gè)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(duì)信號(hào)精度的高要求，直接將變送器和多個(gè)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(gè)接收器串聯(lián)起來使用。如果讓這種變送器帶動(dòng)2個(gè)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(gè)接收器出現(xiàn)故障斷開時(shí)，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€(gè)4-20mA電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成多路高精度相等的電流輸出信號(hào)，供多個(gè)接收器使用的電流信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)輸出模塊使用；輸入緩沖模塊將4-20mA的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸送到信號(hào)輸出模塊；3塊信號(hào)輸出模塊將把輸入緩沖模塊送來的電壓信號(hào)再次轉(zhuǎn)換成3組4-20mA的電流信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成以電源地為參考點(diǎn)的電壓信號(hào)V1，然后再以基準(zhǔn)電壓7.5V為對(duì)稱點(diǎn)將此電壓信號(hào)V1對(duì)稱地轉(zhuǎn)換為大小與V1相同、相對(duì)電源15V為“-V1”的電壓信號(hào)V2(即V2＝15V-V1)；最后通過3塊信號(hào)輸出模塊將電壓信號(hào)V2轉(zhuǎn)化成3組參考點(diǎn)為電源地的電流輸出信號(hào)。為降低分配器的功耗和提高抗電源波動(dòng)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(huì)影響其使用壽命)。而且用DC/DC模塊產(chǎn)生的15V電壓對(duì)24V電源波動(dòng)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(shí)轉(zhuǎn)換多路并將其中每一路電流信號(hào)分別高精度地分配成3組相等的電流信號(hào)輸出，滿足工業(yè)自動(dòng)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(jiǎn)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(hào)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(duì)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(hào)分配為例，由圖可見本實(shí)用新型可以同時(shí)完成15路電流信號(hào)分配，每一路電流輸入信號(hào)都能被分配成3路高精度的電流信號(hào)輸出。分配器由24V DC電源1供電。電流信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出給信號(hào)輸出模塊4，3組信號(hào)輸出模塊4再將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出到輸出端子5。圖1例示15路電流信號(hào)分配器，每一路輸入端子2為“+、-”二個(gè)，15路電流輸入信號(hào)共用30個(gè)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(hào)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(gè)“+”端子和一個(gè)公共回路端子共有16個(gè)輸出端子5。3組共有48個(gè)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(hào)輸出模塊4組成。基準(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(gè)44芯的插槽與3塊信號(hào)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(hào)，并且接收其發(fā)回的最終輸出信號(hào)，送到輸出端子5上。每一塊信號(hào)輸出模塊完成一組輸出任務(wù)，共3組。這樣的設(shè)計(jì)使得功能明確，維護(hù)簡(jiǎn)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(hào)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(hào)為OPA4277，信號(hào)輸出模塊4所用的運(yùn)算放大器型號(hào)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(gè)精密電阻R組成，它將電壓信號(hào)V1轉(zhuǎn)換成V2＝[7.5V+(7.5V-V1)]＝(15V-V1)的信號(hào)，也就是說電壓信號(hào)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(dòng))。這個(gè)信號(hào)被送到3個(gè)信號(hào)輸出模塊4。信號(hào)輸出模塊4將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出。其中的TL064運(yùn)算放大器和三極管構(gòu)成了一個(gè)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(hào)與輸入信號(hào)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(shí)，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(duì)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(shí)，負(fù)反饋電路8也會(huì)反對(duì)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(gè)緩沖的作用(即V2’＝V1)，相當(dāng)于電壓信號(hào)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(gè)精密電阻R組成(由15V電源供電)，完成將電壓信號(hào)V1轉(zhuǎn)換成(15V-V1)的功能。每路3個(gè)輸出電路需使用12個(gè)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(gè)精密電阻R相比，多出了10個(gè)(若以15路計(jì)則多使用150個(gè)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(hào)分配器，包括輸入緩沖模塊(3)和信號(hào)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(hào)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(hào)輸出模塊(4)的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流信號(hào)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(gè)精密電阻組成，以基準(zhǔn)電壓7.5V作為輸入信號(hào)放大的參照點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流信號(hào)分配器，其特征在于所述信號(hào)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(hào)分配器，其特征在于所述信號(hào)輸出模塊(4)數(shù)量為3塊。
專利摘要一種電流信號(hào)分配器，由基準(zhǔn)電壓模塊、輸入緩沖模塊、DC/DC模塊和信號(hào)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(hào)輸出模塊連接，輸入緩沖模塊將輸入電流信號(hào)流經(jīng)一精密電阻變成電壓信號(hào)并將其緩沖放大，再經(jīng)信號(hào)輸出模塊將此電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換回電流信號(hào)輸出。本實(shí)用新型展示的實(shí)施例能同時(shí)轉(zhuǎn)換15路、并將其中每一路4mA～20mA電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換成3路相等的信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、體積小巧，可滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域多路控制的需要。
文檔編號(hào)G08C19/00GK2861972SQ20052004781
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司