一种具有线性度补偿的电磁隔离变送器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有线性度补偿的电磁隔离变送器，包括标准电流信号源、电流斩波方式的调制解调器和恒流源电路，所述恒流源电路包括运算放大器Ａ和三极管Ｑ１及电阻Ｒ１、Ｒ２，调制解调器的直流斩波电流信号接在运算放大器Ａ的同、反相端之间，电阻Ｒ１的一端接运算放大器Ａ的同相端，电阻Ｒ２的一端接运算放大器Ａ的反相端，电阻Ｒ１、电阻Ｒ２的另一端互相连接作为接入负载的输出端；所述运算放大器Ａ的同相端与运算放大器Ａ的工作电源端之间连接补偿电阻Ｒｂ。由于增加补偿电阻Ｒｂ，电阻Ｒｂ上的电流补偿了标准输入电流Ｉｉｎ失真后的电流Ｉｃｃ，使输出的电流信号Ｉｏｕｔ复原，即可实现非线性补偿，大大提高了系统精度和线性度。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电磁隔离变送器，尤其是涉及一种具有线性度补偿的电磁隔离变送器。技术背景在信号采集和信号处理或信号传输应用中，信号的完整性和真实性，也就是信号传输的精度和线性度成为信号处理器关键指标。特别是在变送器应用领域中，精度和线性度是变送器最重要的性能参数。而目前在电磁隔离变送器的电流斩波技术应用中，特别是在高频电流斩波的较大信号能量损失至使线性度和精度变差的情况下缺少一种简单廉价实用的线性度补偿方法，不能很好的满足变送器高精度高线性度需求。现有技术中，通常使用的电磁隔离变送器的电路原理图如图1所示，图1中Iin为校准用的4到20毫安标准电流信号源，电流斩波方式的调制解调器是用于信号隔离和信号传输的中间电路。Icc为直流斩波失真后输出的电流信号，运算放大器A和三极管Q1及电阻R1、R2构成恒流源电路。RL为恒流源负载，输出电流为Iout。实际应用中，常常因为电流斩波方式的调制解调器对不同值的电流信号斩波的能量损失不同，以及前端信号处理的电压失调和电流失调，引起了斩波后的信号Icc非线性，因此导致最终输出信号Iout非线性。而这种原因往往使产品精度变差，甚至达不到应用要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能提高信号精度和线性度的电磁隔离变送器。上述目的可通过以下的技术措施来实现包括标准电流信号源、电流斩波方式的调制解调器和恒流源电路，所述恒流源电路包括运算放大器A和三极管Q1及电阻R1、R2，标准电流信号源接入调制解调器，调制解调器的直流斩波电流信号输出正端接入运算放大器A的同相端，调制解调器的直流斩波电流信号输出负端接入运算放大器A的反相端，运算放大器A的输出端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接运算放大器A的反相端，三极管Q1的集电极接运算放大器的工作电源端，电阻R1的一端连接运算放大器A的同相端，电阻R2的一端连接运算放大器A的反相端，电阻R1、电阻R2的另一端互相连接作为接入负载的输出端D；其特征在于所述运算放大器A的同相端与运算放大器A的工作电源端之间连接补偿电阻Rb。所述输出端D上连接用于稳定补偿值的输出电路，该输出电路包括运算放大器B和三极管Q2及电阻R3，所述输出端D连接运算放大器B的同相端，运算放大器B的输出端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接运算放大器的反相端，三极管Q2的发射极还经电阻R3接地，三极管Q2的集电极与工作电源端之间作为负载的连接端。由于增加一个补偿电阻Rb，电阻Rb上的电流补偿了标准输入电流Iin失真后的电流Icc，使输出的电流信号Iout复原，即可实现非线性补偿，大大提高了系统精度和线性度。另外，在输出端连接用于稳定补偿值的输出电路，使补偿电阻Rb与负载电阻无关，不会随负载电阻的变化而影响补偿电阻Rb。附图说明图1为现有使用的电磁隔离变送器的电路原理图；图2为本技术实施例一的电路原理图；图3为本技术实施例二的电路原理图；图4为本技术实施例三的电路原理图。具体实施方式如图2所示，包括标准电流信号源I、电流斩波方式的调制解调器T和恒流源电路，恒流源电路包括运算放大器A和三极管Q1及电阻R1、R2，标准电流信号源接入调制解调器，调制解调器的直流斩波电流信号输出正端接入运算放大器A的同相端，调制解调器的直流斩波电流信号输出负端接入运算放大器A的反相端，运算放大器A的输出端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接运算放大器A的反相端，三极管Q1的集电极接运算放大器的工作电源端，电阻R1的一端连接运算放大器A的同相端，电阻R2的一端连接运算放大器A的反相端，电阻R1、电阻R2的另一端互相连接作为接入负载的输出端D；运算放大器A的同相端与运算放大器A的工作电源端之间连接补偿电阻Rb。与常规电路图1不同的是在工作电源Vcc和运算放大器A的正相输入端之间增加补偿电阻Rb，电阻Rb的电流Ib为补偿电流。电阻Rb的作用是补偿标准输入电流Iin失真后的电流Icc，使输出的电流信号Iout复原，也就是说使输出信号值Iout等于标准电流信号值。Iout＝标准信号±精度误差，精度误差越小说明精度越高。补偿电阻Rb值可通过以下方法整定求得假设参数如下电阻R1＝100欧姆，电阻RL＝250欧姆，工作电压Vcc＝15伏；电阻R2是校准电阻，校准的计算式如下假设校准点为20毫安，则有流经电阻R2的校准电流为Idd＝R1×20毫安÷R2将标准电流信号输入置为20毫安，调整电阻R2使输出电流Iout＝20毫安。在此种情况下假设存在非线性关系如表1表1 那么可以使用以下方法整定Rb，使线性度得到补偿。从表1可以看到4毫安时电流偏小0.020毫安；8毫安时电流偏小0.015毫安；12毫安时电流偏小0.010毫安； 16毫安时电流偏小0.05毫安；20毫安时电流偏小0.000毫安。因为R2是在20毫安时校准的，即调整R2使在标准电流源输入Iin＝20毫安时，Iout＝20毫安。所以表一中20毫安点无偏差。4毫安、8毫安、12毫安、16毫安点的输出电流是等差的，表明了此种非线性的规律是直线型的。从表1得知4毫安点的偏差＝4毫安-3.980毫安＝0.020毫安。即4毫安时需从Rb补偿的电流值Ib＝4毫安-3.980毫安＝(Vcc-(RL+R1)×4毫安)÷Rb得到Rb＝(Vcc-(RL+R1)×4)÷Ib＝(15-(250+100)×4×0.001)÷(0.020×0.001)＝893千欧姆整定出补偿电阻Rb的值后再校准R2使标准电流源输入20毫安情况下输出电流Iout为20毫安即可。因此只需增加一个电阻Rb即可实现系统的非线性补偿，大大提高了系统精度和线性度。上述例中使精度从原来的0.5％提高到高于0.05％。由于在图2实施例中RL为负载电阻，实际应用中当负载电阻RL变化时，会影响补偿电阻Rb的值。如图3所示，在图2所示实施例中输出端D上连接用于稳定补偿值的输出电路，输出电路包括运算放大器B和三极管Q2及电阻R3，所述输出端D连接运算放大器B的同相端，运算放大器B的输出端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接运算放大器的反相端，三极管Q2的发射极还经电阻R3接地，三极管Q2的集电极与工作电源端之间作为负载的连接端。本实施例中电阻RL是阻值固定的元件，连接三极管Q2的集电极与工作电源端之间电阻Ro才是负载电阻，计算补偿电阻Rb的值与图2所示的实施例相同，与负载电阻Ro无关，当负载电阻Ro变化时，不会影响补偿电阻Rb。而输出电流即流经负载电阻Ro的电流＝Iout×RL÷R3，可通过调节电阻R3来调节电流输出范围。如图4所示，在图2所示实施例中补偿电阻Rb两端并联了电容Cb不影响线性度补偿，并入的元件只要满足Rb＝(Vcc-(RL+R1)×4)÷Ib；就能实现补偿。另外，用三极管Q1上连接三极管Q3组成的复合管三极管，可使电路达到更好的效果。权利要求1.一种具有线性度补偿的电磁隔离变送器，包括标准电流信号源、电流斩波方式的调制解调器和恒流源电路，所述恒流源电路包括运算放大器A和三极管Q1及电阻R1、R2，标准电流信号源接入调制解调器，调制解调器的直流斩波电流信号输出正端接入运算放大器A的同相端，调制解调器的直流斩波电流信号输出负端接入运算放大器A的反相端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有线性度补偿的电磁隔离变送器，包括标准电流信号源、电流斩波方式的调制解调器和恒流源电路，所述恒流源电路包括运算放大器Ａ和三极管Ｑ１及电阻Ｒ１、Ｒ２，标准电流信号源接入调制解调器，调制解调器的直流斩波电流信号输出正端接入运算放大器Ａ的同相端，调制解调器的直流斩波电流信号输出负端接入运算放大器Ａ的反相端，运算放大器Ａ的输出端接三极管Ｑ１的基极，三极管Ｑ１的发射极接运算放大器Ａ的反相端，三极管Ｑ１的集电极接运算放大器的工作电源端，电阻Ｒ１的一端连接运算放大器Ａ的同相端，电阻Ｒ２的一端连接运算放大器Ａ的反相端，电阻Ｒ１、电阻Ｒ２的另一端互相连接作为接入负载的输出端Ｄ；其特征在于：所述运算放大器Ａ的同相端与运算放大器Ａ的工作电源端之间连接补偿电阻Ｒｂ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，
申请(专利权)人：尹向阳，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]