高精度多功能模擬信號隔離變換器及其變換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模擬信號隔離變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在發(fā)明名稱為"機(jī)車壓力變換器"的第CN200820167253. 8號中國實(shí)用新型專利申 請中公開一種機(jī)車壓力變換器，其包括帶壓力敏感元件的頭部組件、信號處理電路、電氣輸 出接頭、機(jī)械接口和外殼，所述的壓力敏感元件為陶瓷敏感元件。由于采用陶瓷傳感器，其 沒有液體的傳遞作用，無任何填充液，不會產(chǎn)生污染，且電氣絕緣程度好，輸出信號強(qiáng)，長期 穩(wěn)定性好；由于電氣輸出接頭連接在外殼中部，減小了整個壓力變換器的長度，因此可用于 較短的空間中；由于頭部組件的頭部連接緩沖螺桿，因此能夠起到緩沖作用，防止頭部因沖 力過大而損壞。
[0003] 在發(fā)明名稱為"一種核級溫度變換器"的第CN200420033762. 3號中國實(shí)用新型 專利申請中公開一種核級溫度變換器，包括接線盒、置于接線盒內(nèi)的變換器電路板，其特點(diǎn) 是：變換器電路板的信號傳輸線，通過與所述接線盒依次相連接的防水接頭和密封金屬軟 管引出，置于密封金屬軟管另一端的防水接頭與設(shè)備相接；在接線盒連傳感器的端口置有 密封接頭。防水接頭的端部有一外凸的球型接頭，接線盒連接端有一凹狀球面，外凸球型接 頭和凹狀球面由緊固件六角螺母緊固貼合。密封接頭在接線盒的端口置有凹槽，凹槽內(nèi)置 有金屬密封圈，接線盒端口與密封螺母相連接。本實(shí)用新型的積極效果是：防水接頭的球面 密封獨(dú)特設(shè)計(jì)，密封接頭中的端口凹槽，凹槽內(nèi)的金屬密封圈，使儀表密封性好，耐高溫、耐 高壓、耐潮濕、抗輻照性能好，適用于核電工況條件。
[0004] 在發(fā)明名稱為"整體式電容物位變換器"的第CN200620047337. 9號實(shí)用新型專利 申請中公開了一種整體式電容物位變換器，其特點(diǎn)是變換器不帶指示儀表，它的電子轉(zhuǎn)換 器外殼與傳感器是整體結(jié)構(gòu)，電子轉(zhuǎn)換器的外殼焊接在傳感器連接件的端面上。其優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡單，零件少，體積小，成本低，防水防腐防爆，適用范圍廣，特別適用于無須現(xiàn)場顯示 測量值的小型被測容器，以及安裝空間狹窄、安裝地環(huán)境惡劣（潮濕、灰塵等）或有防爆要 求的場合。
[0005] 由于工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境條件是很復(fù)雜的，各種干擾包括天體放電干擾、電磁電火花 放電干擾、電氣設(shè)備頻率干擾、感應(yīng)干擾通過不同的耦合方式如電容耦合、電磁耦合、共阻 抗耦合、漏電流耦合而進(jìn)入測量系統(tǒng)，使測量結(jié)果偏離準(zhǔn)確值，嚴(yán)重時會讓測量系統(tǒng)不能工 作，因此要對工業(yè)信號進(jìn)行干擾抑制，也就是采取隔離措施。隔離就是破壞干擾途徑、切斷 干擾耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾的一種技術(shù)措施。另一方面，工業(yè)現(xiàn)場信號種類繁多，需 要將各種物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制信號：比如溫度信號轉(zhuǎn)換成4-20mA信號，交流800V 電壓信號轉(zhuǎn)換成0-10V信號、直流1A電流信號轉(zhuǎn)換成0-5V信號等。隔離放大器起到信號標(biāo) 準(zhǔn)化及信號轉(zhuǎn)換放大作用、遠(yuǎn)傳作用、保安作用等?，F(xiàn)有的信號隔離變換器的連接如圖1所 示，現(xiàn)場各種模擬傳感器連接信號隔離變換器，信號隔離變換器連接PLC、DCS等處理系統(tǒng)。
[0006] 上述現(xiàn)有技術(shù)均不能適應(yīng)在復(fù)雜工況下應(yīng)用，并不具備高抗干擾能力、高電氣性 能如高轉(zhuǎn)換精度等、低發(fā)熱量的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，可實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜工況 下應(yīng)用、_抗干擾能力、_電氣性能如轉(zhuǎn)換精度并可減少發(fā)熱量、提_壽命和減少制造成 本。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，包括：寬輸入 電源模塊、多功能輸入模塊、處理模塊、輸出模塊和運(yùn)算放大器；所述寬輸入電源模塊與多 功能輸入模塊、處理模塊和輸出模塊相連接；其中，寬輸入電源模塊包括寬輸入電源電路； 多功能輸入模塊包括多功能輸入電路；處理模塊包括數(shù)據(jù)采樣電路、標(biāo)么化電路、信號變換 電路；輸出模塊包括電壓輸出電路和電流輸出電路；內(nèi)部各類信號通過所述標(biāo)么化電路標(biāo) 幺化成電壓統(tǒng)一信號，通過DIP開關(guān)實(shí)現(xiàn)電壓輸出和電流輸出，運(yùn)算放大器用于電氣隔離。
[0009] 寬輸入電源電路包括寬電壓輸入電源、配備在輸入端的全控整流電路、第一集成 電源、第二集成電源，各單元電源完全隔離。
[0010] 多功能輸入電路包括一組雙列直插式（Double In-line Package, DIP)開關(guān)和不 同阻值的一組輸入電阻，以滿足不同類型信號輸入的要求。
[0011] 標(biāo)么化電路包括集成芯片、調(diào)偏電位器、運(yùn)算放大器；集成芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各類信號 標(biāo)幺化成電壓統(tǒng)一信號，運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
[0012] 信號變換電路包括第一參考電平電路、第二參考電平電路、第三參考電平電路、一 組電阻，以實(shí)現(xiàn)輸入信號量程到要求輸出信號量程的轉(zhuǎn)換。
[0013] 電壓/電流輸出電路包括第一集成塊、第二集成塊、第三集成塊、功率輸出管及 DIP開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)電壓輸出和電流輸出。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換方法，采用上述高 精度多功能模擬信號隔離變換器實(shí)施，該高精度多功能模擬信號隔離變換器包括寬輸入電 源電路、多功能輸入電路、數(shù)據(jù)采樣電路、標(biāo)么化電路、信號變換電路、電壓輸出電路、電流 輸出電路；該變換方法包括：
[0015] 多種模擬量信號輸入：多種模擬量信號通過多功能輸入電路將使各種物理量轉(zhuǎn)換 成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制信號；
[0016] 模擬量信號判斷識別：對涉及的不同的模擬量信號進(jìn)行識別判斷；
[0017] 數(shù)據(jù)采樣：通過數(shù)據(jù)采樣電路確定不同模擬量信號采集的頻道即周期，同時對采 用的次數(shù)進(jìn)行確定，對當(dāng)前的模擬量信號采集；
[0018] 模擬量轉(zhuǎn)換：通過信號變換電路和標(biāo)么化電路對于任何類型的輸入信號，在內(nèi)部 進(jìn)行同電平處理即標(biāo)么化處理，以將內(nèi)部各類信號轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電壓信號；
[0019] 信號還原處理：實(shí)現(xiàn)輸入信號量程到要求輸出信號量程的轉(zhuǎn)換；
[0020] 輸入可編程邏輯控制器（PLC):通過輸出模塊的電壓輸出電路、電流輸出電路和 DIP開關(guān)實(shí)現(xiàn)電壓輸出和電流輸出到PLC中。
[0021] 各種物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制信號包括將溫度信號轉(zhuǎn)換成4-20mA信號、交 流800V電壓信號轉(zhuǎn)換成0-10V信號、直流1A電流信號轉(zhuǎn)換成0-5V信號
[0022] 模擬量轉(zhuǎn)換是通過集成芯片、調(diào)偏電位器、運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：可適合復(fù)雜工況應(yīng)用；提高抗干擾能力；提高電氣性能如 轉(zhuǎn)換精度；制造成本低；耗能少。
【附圖說明】
[0024] 圖1是現(xiàn)有的信號隔離變換器在系統(tǒng)中的連接示意圖：
[0025] 圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的高精度多功能模擬信號隔離變換器的系統(tǒng)圖；
[0026] 圖3是圖2所示實(shí)施例中的寬輸入電源電路圖；
[0027] 圖4是圖2所示實(shí)施例中的多功能輸入電路圖；
[0028] 圖5是圖2所示實(shí)施例中的標(biāo)幺化電路圖；
[0029] 圖6是圖2所示實(shí)施例中的信號變換電路圖；
[0030] 圖7是圖2所示實(shí)施例中的電壓輸出電路圖；
[0031] 圖8是圖2所示實(shí)施例中電流輸出電路圖；
[0032] 圖9是本發(fā)明的高精度多功能模擬信號隔離變換方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。首先需要說明的是，本發(fā)明并不限于下述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員應(yīng)該從下述實(shí)施方式所體現(xiàn)的精神來理解本發(fā)明，各技術(shù)術(shù)語可以基于本發(fā)明的 精神實(shí)質(zhì)來作最寬泛的理解。圖中相同或相似的構(gòu)件采用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0034] 如圖2所示，本發(fā)明一個實(shí)施例的一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，包括： 寬輸入電源模塊、多功能輸入模塊、處理模塊、輸出模塊和運(yùn)算放大器，寬輸入電源模塊與 多功能輸入模塊、處理模塊和輸出模塊相連接。
[0035] 寬輸入電源模塊包括寬輸入電源電路。多功能輸入模塊包括多功能輸入電路。處 理模塊包括數(shù)據(jù)采樣電路、標(biāo)么化電路、信號變換電路；輸出模塊包括電壓輸出電路和電流 輸出電路。內(nèi)部各類信號通過所述標(biāo)么化電路標(biāo)么化成電壓統(tǒng)一信號，通過DIP開關(guān)實(shí)現(xiàn) 電壓輸出和電流輸出，運(yùn)算放大器用于電氣隔離。
[0036] 如圖3所示，寬輸入電源電路包括寬電壓輸入電源1、配備在輸入端的全控整流電 路2、第一集成電源3、第二集成電源4,各單元電源完全隔離。
[0037] 如圖4所不，多功能輸入電路包括一組雙列直插式（DIP)開關(guān)5和不同阻值的一 組輸入電阻6,以滿足不同類型信號輸入的要求。
[0038] 如圖5所示，標(biāo)么化電路包括集成芯片7、調(diào)偏電位器8、運(yùn)算放大器9 ;集成芯片 實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各類信號標(biāo)么化成電壓統(tǒng)一信號，運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電氣隔離。