壓力變送器兩線制V/I變換器原理分析

時間：2015-04-10作者：天津鼎拓科技有限公司瀏覽：2

• 壓力變送器的**部件是由傳感器、調理電路、兩線制V/I變換器構成，它們之間的作用是傳感器將溫度、壓力等物理量轉化為電參量，調理電路將傳感器輸出的微弱或非線性的電信號進行放大、調理、轉化為線性的電壓輸出，兩線制V/I變換電路根據(jù)信號調理電路的輸出控制總體耗電電流，同時從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)壓，供調理電路和傳感器使用，下面主要分析兩線制V/I變換器的原理。

  兩線制V/I變換器與一般V/I變換器的不同之處在于，電壓電壓信號不是直接控制輸出電流，而是控制整個電路自身耗電電流，還要從電流環(huán)路上提取穩(wěn)定的電壓為調理電路和傳感器供電。

  上圖，OP1、Q1、R1、R2、Rs構成了V/I變換器。

  分析負反饋過程：若A點因為某種原因**0V，則運放OP1輸出升高，Re兩端電壓升高，通過Re的電流變大。相當于整體耗電變大，通過采樣電阻Rs的電流也變大，B點電壓變低（負更多）。結果是通過R2將A點電壓拉下來。反之，若A點因某種原因**0V，也會被負反饋抬高回0V?？傊?，負反饋的結果是運放OP1虛短，A點電壓＝0V。

  下面分析Vo對總耗電的控制原理：

  假設調理電路輸出電壓為Vo，則流過R1的電流I1=Vo/R1，運放輸入端不可能吸收電流，則I1全部流過R2，那么B點電壓VB= -I1*R2 = -Vo*R2/R1，取R1=R2時，有VB=-Vo電源負和整個便送器電路之間只有Rs、R2兩個電阻，因此所有的電流都流過Rs和R2。R2上端是虛地（0V），Rs上端是GND，因此R2、Rs兩端電壓*一樣，都等于VB，相當于Rs與R2并聯(lián)作為電流采樣電阻，因此電路總電流：

  Is=Vo/(Rs//R2)

  如果取R2>>Rs，Is=Vo/Rs

  因此，圖中取Rs=100歐，當調理電路輸出0.4~2V的時候，總耗電電流4~20mA。

  若不能滿足R2>>Rs也沒關系，Rs與 R2并聯(lián)（Rs//R2）是個固定值，Is與Vo仍然是線性關系，誤差比例系數(shù)在校準時可以消除。

  除了電路正確以外，該電路正常工作還需要2個條件：**要自身耗電盡量小，省下的電流還要供給調理電路以及變送器。其次要求運放能夠單電源工作，即在沒有負電源情況下，輸入端仍能夠接受0V輸入，并能正常工作。

  LM358/324是較常見也是價格較低的單電源運放，耗電400uA/每運放，單電源供電時，輸入端從-0.3V~Vcc-1.5V范圍內都能正常工作。如果換成OP07等精密放大器，因為輸入不允許低至0V，在該電路中反而無法工作。

  R5和U1構成基準源，產生2.5V穩(wěn)定的基準電壓。LM385是低成本的微功耗基準，20uA以上即可工作，曲線在100uA附近較平坦，所以通過R5控制電流100uA左右，OP2構成一個同向放大器，將基準放大，向調理電路及傳感器供電，因為寬輸入電壓、低功耗的穩(wěn)壓器**，將基準放大作為穩(wěn)壓電源是一個降低成本的方法。

  該部分電路也可以選擇現(xiàn)成的集成電路，比如XTR115/116/105等，精度和穩(wěn)定性比自制的好，自身功耗也較低，成本相對較高。

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