本實(shí)用新型涉及一種4mA-20mA兩線制無源電流環(huán)路測量儀，具體來說，是涉及一種串聯(lián)接入各種4mA-20mA電流環(huán)路中對環(huán)路電流進(jìn)行測量，可顯示環(huán)路電流值以及環(huán)路電流值所代表的被測物理量值的儀表。

背景技術(shù)：

在工業(yè)現(xiàn)場，因4mA-20mA電流環(huán)測量方式能夠方便及時地顯示出電流環(huán)路中的電流大小，以及反映出環(huán)路電流所代表的被測物理量值，因此其至今依舊被廣泛應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場的各種場合中。

4mA-20mA電流環(huán)測量方式的一種比較簡單的實(shí)施做法是，將通用電流表串接于被測的電流環(huán)路中直接測試讀取環(huán)路電流值，以及根據(jù)需要進(jìn)一步依據(jù)環(huán)路電流值來換算出其所要代表的相關(guān)物理量值。但是，從實(shí)際實(shí)施中可以發(fā)現(xiàn)，通用電流表不便于長期連接于電流環(huán)路中，也不能直接顯示出換算好的對應(yīng)物理量值，而且在有些關(guān)鍵生產(chǎn)流程的電流環(huán)路應(yīng)用中，因?yàn)樯a(chǎn)流程的中斷是不允許的，因此不能隨意切斷電路環(huán)流的限制極大制約了電流表的應(yīng)用。另外，這種環(huán)路電流的在線串聯(lián)測試需要額外設(shè)置供電電源，在應(yīng)用與維護(hù)方面十分不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種4-20mA兩線制無源電流環(huán)路測量儀，其不僅可顯示出環(huán)路電流值，還可通過轉(zhuǎn)換設(shè)置將環(huán)路電流值所代表的物理量值顯示出，并且其在工作時不需要額外供電電源，可長期連接于電流環(huán)路中使用，實(shí)用性強(qiáng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種4-20mA兩線制無源電流環(huán)路測量儀，其特征在于：它包括接收4mA-20mA輸入電流的兩線制輸入端子；兩線制輸入端子與采集待測電流環(huán)路電流信號的電流采樣電路連接；電流采樣電路分兩路，一路經(jīng)過將采集到的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流變換電路與執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換電路連接，而后AD轉(zhuǎn)換電路通過IIC串行總線與單片機(jī)連接，另一路與從待測電流環(huán)路收集電流能量來變換為供給耗電電路正常工作所需電壓的能量收集利用電路連接；能量收集利用電路為電流變換電路、AD轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)提供電能。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本實(shí)用新型在對待測的4mA-20mA電流環(huán)路的環(huán)路電流進(jìn)行完測量后，不僅可顯示出環(huán)路電流值，還可根據(jù)實(shí)際需要將環(huán)路電流值轉(zhuǎn)換為其所代表的物理量值后顯示出，即可直接顯示出用戶最終想要看到的檢測對象，極大滿足了用戶的檢測需求，實(shí)用性強(qiáng)。

2、本實(shí)用新型在工作時不需要為其額外提供供電電源，其憑借從要測量的電流環(huán)路自身所具有的電流能量中提取一部分，便可提供出用于驅(qū)動整個電路運(yùn)行的電能，這種不需要額外增加供電電源的特點(diǎn)，為其在應(yīng)用與維護(hù)方面帶來了便利。

3、本實(shí)用新型在串聯(lián)接入待測的4mA-20mA電流環(huán)路中使用時，其產(chǎn)生的回路直流壓降不會超過1.7V，功耗小，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，不會對待測的4mA-20mA電流環(huán)路產(chǎn)生任何影響，可長期連接于電流環(huán)路中使用。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的組成框圖。

圖2是本實(shí)用新型部分電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型4-20mA兩線制無源電流環(huán)路測量儀用于串接于待測電流環(huán)路中使用。如圖1所示，本實(shí)用新型測量儀包括接收4mA-20mA之間的輸入電流的兩線制輸入端子11；兩線制輸入端子11與采集待測電流環(huán)路電流信號的電流采樣電路12連接；電流采樣電路12分兩路，一路經(jīng)過將采集到的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流變換電路13與執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換電路14連接，而后AD轉(zhuǎn)換電路14通過IIC串行總線與作為主控的低功耗單片機(jī)20連接，另一路與從待測電流環(huán)路收集電流能量來變換為供給耗電電路正常工作所需電壓的能量收集利用電路15連接；能量收集利用電路15為電流變換電路13、AD轉(zhuǎn)換電路14和單片機(jī)20提供電能。

在本實(shí)用新型中，電流采樣電路12所采集的待測電流環(huán)路消耗的電流，即電流消耗值作為能量收集利用電路15的能量輸入，然后經(jīng)過能量收集利用電路15對輸入的能量進(jìn)行處理，生成用來驅(qū)動電流變換電路13、AD轉(zhuǎn)換電路14和單片機(jī)20等耗電電路正常工作所需的電源電壓，以實(shí)現(xiàn)不需要額外電源供電的無源工作模式，即從被測電流環(huán)路中獲取電能來驅(qū)動整個電路工作。

如圖1，本實(shí)用新型無源電流環(huán)路測量儀還可包括與單片機(jī)20連接、作為人機(jī)交互的按鍵輸入電路16。按鍵輸入電路16主要用于對單片機(jī)20內(nèi)設(shè)置的環(huán)路電流值與相關(guān)物理量值之間的換算規(guī)則進(jìn)行設(shè)定等。

如圖1，本實(shí)用新型無源電流環(huán)路測量儀還可包括與單片機(jī)20連接的液晶顯示屏19以及為液晶顯示屏19提供背光的液晶背光電路17。液晶顯示屏19可采用段碼式液晶顯示屏等。

在本實(shí)用新型中，單片機(jī)20主要用于對采集的電流環(huán)路電流信號進(jìn)行必要的校準(zhǔn)、非線性補(bǔ)償處理，以計算出電流環(huán)路流經(jīng)的環(huán)路電流值(全回路電流在4mA-20mA之間)以及將此環(huán)路電流值換算為其所對應(yīng)的相關(guān)被測物理量值，并驅(qū)動液晶顯示屏19最終顯示出。

另外，本實(shí)用新型測量儀還可包括與單片機(jī)20連接的通訊電路18，通訊電路18用于與上位計算機(jī)通信來設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

圖2示出了電流采樣電路12、電流變換電路13、AD轉(zhuǎn)換電路14以及能量收集利用電路15的電路原理圖。

如圖2，電流采樣電路12包括與兩線制輸入端子11(HX2)一引腳相連的電流采樣電阻R5，兩線制輸入端子HX2的另一引腳接地。電流變換電路13包括電流檢測器U1(采用INA169芯片)和電壓跟隨器U2(采用TLC2252芯片)。AD轉(zhuǎn)換電路14包括AD轉(zhuǎn)換器U3(采用ADS1110芯片)。

進(jìn)一步來說，電流檢測器U1的正、負(fù)輸入引腳VIN+、VIN-跨接在電流采樣電阻R5的兩端，電流檢測器U1的輸出引腳OUT分兩路，一路與電壓跟隨器U2的正輸入引腳連接，另一路與接地電阻R1連接，電壓跟隨器U2的負(fù)輸入引腳與輸出引腳短接后共同連接到AD轉(zhuǎn)換器U3的正輸入引腳VIN+上，AD轉(zhuǎn)換器U3的負(fù)輸入引腳VIN-接地，AD轉(zhuǎn)換器U3的數(shù)字輸出接口SCL、SDA引腳分別連接用于通訊的上拉電阻R6、R8的同時，與單片機(jī)20的相應(yīng)引腳連接。

在本實(shí)用新型中，單片機(jī)20可選為PIC16F946芯片。

如圖2，能量收集利用電路15包括同步升壓型轉(zhuǎn)換器U4(采用LTC3105芯片)。在本實(shí)用新型中，能量收集利用電路15主要的作用是，借由二極管將從待測電流環(huán)路收集來的電流能量變?yōu)殡妷耗芰浚㈦妷耗芰糠糯鬄榭沈?qū)動耗電電路正常工作的電壓后輸出。

進(jìn)一步來說，同步升壓型轉(zhuǎn)換器U4的轉(zhuǎn)換輸入引腳SW連接電感L1后分四路，第一路與電流采樣電路12的輸出端連接，即與電流采樣電阻R5串聯(lián)，第二路與同步升壓型轉(zhuǎn)換器U4的輸入引腳VIN連接，同步升壓型轉(zhuǎn)換器U4的輸入引腳VIN同時連接有接地二極管D2，接地二極管D2的負(fù)極與輸入引腳VIN連接而正極接地，第三路與接地電容連接，即與并聯(lián)的三個接地電容C2、C3、C4連接，第四路與串聯(lián)的兩個二極管D1、D3連接，二極管D1的正極接輸入引腳VIN而負(fù)極與二極管D3的正極連接，二極管D3的負(fù)極接地；同步升壓型轉(zhuǎn)換器U4的輸出引腳VOUT與反饋引腳FB之間連接有用于產(chǎn)生模擬正3V電源電壓的供電電路，供電電路由電容C5、C6、電阻R10、R9構(gòu)成，模擬正3V電源電壓用來作為電流變換電路13、AD轉(zhuǎn)換電路14和單片機(jī)20這些耗電電路的供電電壓。

使用時，將本實(shí)用新型測量儀的兩線制輸入端子11的兩個引腳串接于待測的4mA-20mA電流環(huán)路中，于是，電流采樣電路12采集流經(jīng)待測電流環(huán)路的電流信號，并將電流信號通過電流變換電路13轉(zhuǎn)換為電壓信號以及通過AD轉(zhuǎn)換電路14進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī)20，由單片機(jī)20進(jìn)行校準(zhǔn)、非線性補(bǔ)償?shù)忍幚?，計算出環(huán)路電流值，以及將此環(huán)路電流值換算成其所對應(yīng)的相關(guān)被測物理量值，最終驅(qū)動液晶顯示屏19顯示出。

在本實(shí)用新型投入使用的過程中，能量收集利用電路15從待測電流環(huán)路收集電流能量，并將此電流能量變換為足夠大的電源電壓，以供給電流變換電路13、AD轉(zhuǎn)換電路14、單片機(jī)20等耗電電路正常工作使用。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本實(shí)用新型在對待測的4mA-20mA電流環(huán)路的環(huán)路電流進(jìn)行完測量后，不僅可顯示出環(huán)路電流值，還可根據(jù)實(shí)際需要將環(huán)路電流值轉(zhuǎn)換為其所代表的物理量值后顯示出，即可直接顯示出用戶最終想要看到的檢測對象，極大滿足了用戶的檢測需求，實(shí)用性強(qiáng)。

2、本實(shí)用新型在工作時不需要為其額外提供供電電源，其憑借從要測量的電流環(huán)路自身所具有的電流能量中提取一部分，便可提供出用于驅(qū)動整個電路運(yùn)行的電能，這種不需要額外增加供電電源的特點(diǎn)，為其在應(yīng)用與維護(hù)方面帶來了便利。

3、本實(shí)用新型在串聯(lián)接入待測的4mA-20mA電流環(huán)路中使用時，其產(chǎn)生的回路直流壓降不會超過1.7V，功耗小，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，不會對待測的4mA-20mA電流環(huán)路產(chǎn)生任何影響，可長期連接于電流環(huán)路中使用。

以上所述是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。