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電流信號檢測裝置的設計

發布時間:2021-11-17 03:11:10

① 如何將壓電薄膜產生的電流信號記錄

抄只需要接對正極和負極即可。

感測器(英文名稱:transcer/sensor)是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,並能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
感測器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。感測器的存在和發展,讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

② 函數信號發生器可以產生電流

電壓源可以輸出電流,電流源也可以輸出電壓。區別僅僅在於電壓源輸出電壓恆定,而電流可變(由負載決定,負載阻抗越小,電流越大);電流源輸出電流恆定,電壓可變(由負載決定,負載阻抗越小,電壓越低)。
電壓源輸出電壓經過任意阻抗迴路,均可產生電流,經過移相網路,電流相位與電壓相位不同,由移相網路控制。
不過,按照你的題意理解,你真正要產生的還是一路電壓信號,只是該電壓信號的相位與原輸出電壓不同且可控,該電壓信號相當於電能質量檢測裝置中的電流信號。

③ 求微弱光電信號檢測系統的設計,不會做啊,是輸入一個模擬光信號,放大器,濾波器,還有A/D轉換器

IBF EM系列 直流(電壓/電流)隔離放大器

產品特點:

典型應用:

● 低成本、小體積,SIP 12Pin符合UL94V-0標准阻燃封裝

● 無需外接電位器等其它元件,免零點和增益調節

● 電源、信號:輸入/輸出 3000VDC 三隔離

● 輔助電源:5VDC,12VDC,15VDC,24VDC等單電源供電

● 0-75mV/0-2.5V/0-5V/0-10V/0-±100mV/0-±5V/

0-±10V等電壓信號

0-10mA/0-20mA /0-±10mA/0-±20mA/4-20mA

等電流信號之間的相互隔離、放大及轉換

● 工業級溫度范圍: -45~+85 ℃

● 在EMC(電磁干擾)比較特殊的使用場合應注意增加

電磁干擾抑制電路或採取屏蔽措施

● 直流電流 / 電壓信號的隔離、轉換及放大

● 工業現場信號隔離及長線傳輸

● 模擬信號地線干擾抑制及數據隔離、採集

● 4-20mA(0-20mA)/0-5V等信號的隔離及變換

● 儀器儀表與感測器信號收發

● 非電量信號變送

● 信號遠程無失真傳輸

● 電力監控、醫療設備隔離安全柵

● 感測器4-20mA等模擬信號一進二出、

二進二出隔離信號的功能實現

產品特徵
IBF EM系列隔離放大器是一種磁電隔離的混合集成電路,該IC在同一晶元上集成了一個多隔離的DC/DC變換電源和一組磁電耦合的模擬信號隔離放大器,它採用磁電偶合的低成本方案,主要用於對EMC(電磁干擾)無特殊要求的場合。與光電隔離的產品相比,抗EMC(電磁干擾)能力較差,特殊使用場合應注意增加電磁干擾抑制電路或採取屏蔽措施。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離措施使該晶元可達到5000VDC絕緣電壓。IBF EM系列產品使用非常方便,免零點和增益調節,無需外接調節電位器等任何元件,即可實現工業現場信號的隔離轉換功能。
★ 產品有PCB板上焊接和標准DIN 35導軌卡槽固定兩種安裝方式,導軌式安裝的可以實現模擬信號一進二出、
二進二出的功能。
★0-5V/0-10V/0-75mV/0-2.5V/0-1mA/0-10mA/0-20mA/4-20mA等國際標准信號輸入/輸出標準的隔離信號。
精度等級:0.1級、0.2級;全量程范圍內極高的線性度(非線性度<0.1%),免零點和增益調節。

④ 我想設計一個利用壓力感測器測量水下深度的系統

首先你需要知道所測量的水深范圍是多少,確定後只要知道水的密度,就可以換算出壓力量程。選擇合適量程及精度的壓力感測器,最好選擇4~20mA模擬信號輸出的。把壓力感測器固定在液面0處,隨著水深的不同,壓力感測器測量的壓力也不一樣,壓力變送器輸出的4~20mA電流信號也不一樣,4mA對應著壓力0(也就是液面0),20mA對應著壓力最大值,4~20mA電流輸出信號與頁面高度成正比。
如果需要將電流信號輸入計算機,則需要利用模塊將電流信號轉換成數字信號,這種模塊市場上肯定有,但一個點的不知道有沒有,隨著點數得增加價格肯定會增加,但市場上的小模塊最低多少點,多少錢一個我就不太清楚了。計算機上需要安裝好上位軟體,編一個小程序並做好一個簡單畫面。利用通信電纜把計算機與與模塊連接起來,通訊正常就可以把數字信號實時上傳到計算機上,隨著頁面的升降就可以在上位機上顯示頁面的高度。

⑤ 求用電流環發生器設計PT100熱電阻變送器 的電路

摘要:本文介紹了二線制熱電阻熱電偶溫度變送器的電路設計, 文章分析了系統實現的理論依據及硬體實現方案,說明了利用VB設計的輔助設計軟體。該裝置具有精度高、可靠性較好、電路簡單、成本低、體積小、生產調試方便等特點, 具有廣泛的應用前景。

關鍵詞:二線制;溫度;變送器;熱電阻;熱電偶

中圖分類號:TP216 TP212 文獻標識碼:A 文章編號:1006-883X(2002) 11-0019-07

一、簡介

二線制溫度變送器分別與熱電偶和熱電阻相配合,可以將溫度信號線性地轉換成4~20mA直流標准輸出信號。二線制溫度變送器應具有如下主要特點:

(1)二根線完成電源的輸入及4~20mA直流電流輸出, 即二根線既是電源線也是4~20mA標准信號輸出線。

(2)由於二線制一體化變送器安裝在感測器接線盒中, 所以必須有良好的可靠性、穩定性及較寬溫度工作范圍(0~85°C) 和較小的溫漂,同時要求體積盡可能小。

(3)在熱電偶和熱電阻溫度變送器中採用了線性化電路,從而使變送器的4~20mA輸出信號和被測溫度呈線性關系。

(4)在熱電偶溫度變送器中,要進行冷端補償,冷補范圍0~100°C。

變送器在線路結構上分為量程單元和放大單元兩個部分,其中放大單元是通用的,而量程單元,則隨品種、測量范圍的不同而不同。設計電路結構如圖1所示。

圖中粗線為電源線,細線為信號流程,兩根外接導線既是電源線也是信號線。4~20mA信號體制為二線制設計提供了可能性,當被測信號從下量程到上量程 (0%~100%)變化時,二根傳輸線上電流對應4~20mA變化; 4mA作為變送器電路工作損耗電流,也易於識別斷線斷電故障。RL為信號采樣負載電阻(RL≤250Ω) 。V(AB) 須大於12V以保證系統的正常工作。 在電源正常(17~30V) 的前提下, 迴路4~20mA電流I由輸入熱電阻R或熱電偶mV信號確定。

通過框圖我們可以看到,首先,需要對信號源所產生的信號進行採集,然後將採集到的信號進行放大、線性化調整、調零調滿,最後通過V/I轉換把線性反映溫度大小的電壓信號轉化為電流信號I1(0~16mA),加上電路的4mA靜態工作電流I2形成4~20mA電流信號通過二線制電源線輸出。對於熱電偶變送器,採用一個小型CU50熱電阻來測量冷端的溫度,進行冷端補償。兩種變送器都採用了LM124集成運放,它是四組獨立的高增益的內部頻率補償運算放大器。它可以適應本電路單電源工作的要求,電源電壓范圍大,溫度特性很好,性價比高,在後面電路中所用運放全都是LM124。

二、熱電阻二線制變送器的設計

熱電阻二線制變送器詳細電路圖如圖2(Pt100為例)所示, 下面就各部分工作原理作一下介紹。

1、信號採集電路

熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化而變化的特性測量溫度, 常用的有鉑電阻Pt100、Pt10銅電阻Cu50、Cu100等。 其阻值與溫度關系可通過分度號表查詢。

圖中是以Pt100熱電阻為例(在這里,可以採用其他的熱電阻,如Cu50、Cu100等) ,TL431是2.5V穩壓二極體,D2是一個保護二極體,防止輸入電壓反接可能帶來的對電路的影響或者破壞。R1是限流電阻,R2、R3、R4與R5(Pt100)配合使用,組成一個電阻測量電橋。由於一體化二線制熱電阻變送器安裝在接線盒內,引線電阻忽略不計。R1、R2、R3、R4可以確定下來(其值見圖2),其中熱電阻R5隨著溫度變化而變化。R4根據採用的熱電阻分度號不同而取不同的值。如Pt100測量時R4取100Ω,Cu50測量時R4取50Ω。電橋中間兩點電壓作為後續差動放大器的輸入信號。分別為:

因R2=R3>>R4及R5, 故:

2、一級放大電路和線性化調整電路

該電路功能之一是把採集到的微弱信號放大,在本級電路中採取了差動放大。同時,與該放大電路連接在一起的還有一個正反饋非線性調整電路,它的主要功能是對熱電阻與溫度電阻間的非線性進行修正,保證放大器的輸出電壓被測溫度成線性關系。

R7、R8、R9以及LM124構成了放大電路。對於該局部電路,輸入信號來自採集到的信號V和V¢,輸入信號分別各自經過R7、R8進入LM124的第一組運算放大器, 得到輸出電壓V1 (在這里沒考慮非線性調整電路即反饋迴路R6對電路輸入的影響)。

V1=V¢+ R9 (V-V¢)/R8

此外,在該電路中還有一個非常重要的部分,那就是線性化調節電路,即本電路中的R6。 對於線性化調節的過程以及原理,我們可以用圖3加以解釋。

圖中虛線表示沒有進行線性化調節時輸出電壓隨源溫度變化時的曲線,圖中實曲線則表示進行R6非線性化調節的具體過程,隨著溫度升高,輸出電壓隨之提高,正反饋影響增強,只要R6阻值合適可剛好抵消熱電阻本身非線性的影響,使得輸出電壓和溫度為線性關系,即圖3中直線所示。根據線性化調整原理,線性調整電阻R6的反饋電壓V反為:

則實際輸出:

由於熱電阻線性較好, 經計算調校本電路中R6=8.2kΩ,熱電阻非線性修正可以達到千分之二的精度。

3、調零、電源平衡及二級放大電路

對零點進行調節的電路,實質上就是調節本級放大電壓輸出的大小, 保證在信號源零度(R5=100Ω, 第一級放大器輸出為零)時整個迴路電流I1=4mA。它由R10、R16、R13、W1組成,實質上就是在本級電壓輸入正端疊加一個調零電壓,使不足4mA的靜態工作電流達到4mA。此外,在該電路中,還有一個部分,那就是減小電源波動對電路輸出的影響,即電路中的R15,它可以抑制電源波動帶來的影響。當外界電壓源發生較大的波動時(或負載電阻RL變化),電路靜態工作電流會發生微小變化,我們可以利用R15來穩定輸出電流。其工作原理一方面是電源增大帶來靜態電流增加, 另一方面電源的增大通過R15加到本級放大器的負端起到減法作用, 使本級輸出電壓下降, 選擇合適的R15阻值, 可以保證電源在允許范圍內波動時輸出電流的穩定。R17決定二級放大倍數。

4、調滿電路和V/I轉換電路

調滿電路是由R18、R20、W2組成的對上一級電壓輸出V2分壓構成。通過對W2的調節,使得最後輸出(信號源最高輸入時整個電路的輸出)達到要求的輸出結果V(W2中間抽頭電壓)。R21、R22、R23、R24、R25及運放組成一個V/I轉換電路, 由於R22、R23、R24均為200kΩ的大電阻,R25為100Ω的小電阻,整個電路電流輸出I2≈V/R25。R26是一個負載電阻。

三、 熱電偶二線制變送器電路設計

熱電偶二線制變送器電路和熱電阻二線制變送器主要區別在於信號採集和非線性修正部分, 下面我們就這兩部分別作介紹。

1、信號採集和一級放大電路

熱電偶的輸出是隨被測溫度變化的mV信號。該局部電路設計如圖4所示。在電路中,TL431的作用是輸出穩定的2.5V。D0是一個保護二極體,它可以保護電源輸入正負反相對電路的危害。通過R3和TL431分壓,使TL431兩端的工作電壓保持在2.5V,並為後面的冷端補償,為修正電路和調零電路提供直流電源。在此電路中,銅線繞制的熱電阻Cu50起冷端補償作用。當熱電偶的熱電勢E12隨冷端溫度的變化而變化時,銅電阻 Cu50兩端的電壓也隨之反方向變化,如果分壓電阻R2的阻值選擇適當,則Cu50兩端電壓的變化能自動的補償冷端溫度變化對熱電偶熱電勢的影響。根據冷端補償的定義,應使50°C與0°C時Cu50兩端的電壓差等於熱電偶在50°C時的熱電動勢,當冷端溫度為零度時存在的電壓mV通過後面的調零電路解決,以鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶(分度號K)測量變送范圍0~1300℃為例, K分度50°C時輸出熱電勢等於2.022mV即:由此可求得:R2=13kΩ。

電路中,熱電偶mV信號和冷補銅電阻兩端電壓相加,經過R4輸入到LM124的第一級放大器,根據放大器工作原理,我們可以得出輸出電壓(設包括熱電偶及冷補之和的輸入信號為V)。 設計考慮使得當熱電偶的溫度達到最大值(1300℃對應熱電勢為52.398mV),放大器的輸出電壓為2.5V。也就是說,熱電偶冷端溫度為0°C時的電壓加上熱電偶的最大熱電勢,再乘以放大倍數應等於2.5V,即:其中,K為LM324的放大倍數,由此可計算出K=40,如果取R4=R5=5.1kΩ,則R6應為180kΩ。

2、線性化調整電路和二級放大電路

該局部電路(這一級輸出V2)是本電路中十分重要的環節,同時也是比較難的環節。因為它涉及到整個電路的線性調節。放大部分在前面已經敘述,現在就線性調節問題加以闡述。具體電路如圖5所示(圖中幾個二極體連接的電路就是線性修正電路)。電路中的R9、R10、R11、R13、R14、R15、R16均為斷開,只有在需要時,我們才加上該電阻。

本電路是用一非線性放大電路去校正被測參數的非線性特性, 其原理就是由二極體補償電阻組成的折線並聯支路在輸入信號的不同位置相續起作用, 使放大器在信號大小不同位置放大倍數不同, 其非線性特性剛好和被測熱電偶非線性特性相反。在本電路中採用六個折點(三個為正三個為負), 折點的位置可改變支路二極體導通電壓調整, 調整折線支路電阻大小可改變折線補償斜率。在實際設計過程中,可取幾個點進行修正,對於K分度(檢測范圍0~1300°C),首先可以假定在0~100°C范圍近似線性,非線性誤差忽略不計,另外再取500 °C、900°C、1300°C作為修正檢測點,當檢測點值在要求線性值以上,則表示輸出值偏大,這就 需要降低輸出,具體措施就是連接D7~D12中某一級調整電路;反之則連接D1~D6中某一級調整電路。電路中拐點選擇二極體可根據修正的需要選用硅管或鍺管。調整方式如下:首先以0°C調零1000°C調滿, 然後按以下順序反復調校:

A 、對 100°C~500 °C段非線性調整時,我們可以連接D1或者D12這一級,然後調整R9或者R16電阻大小來改變放大器的放大倍數,使其達到規定輸出值。如果檢測到輸出值偏小,要選擇R9 D1,計算調整R9的阻值, 促使本段運放放大倍數上升,直到輸出電壓增大到要求線性值。如果我們檢測到輸出值偏大,則需要選擇R16 、D12。並調整R16阻值,促使本段運放放大倍數下降輸出電壓減小到要求線性值。

B 、在調節500 °C~ 900°C段非線性調整時,我們可以連接D2、D3或者D10、D11,然後調整R10或者R15的大小。

C、對900 °C~ 1300°C段非線性調整時,根據檢測點1300°C輸出值偏大或偏小決定選擇連接的是剩下兩個折線補償支路(三個二極體)的哪一路, 方法同上。

和熱電阻變送器相同,在該電路中的R12的作用是修正電源波動時對整個電路的影響。防止電壓源不穩定造成4~20mA波動。調零調滿及V/I轉換電路也和熱電阻相同在此不再贅述。

四、軟體設計

1、設計概述

根據在實際設計生產中的需要,對不同分度號不同量程的二線制溫度變送器,其電路參數也略有不同, 這給產品的生產調試帶來不便, 為此在理論計算分折的基礎上設計了一個輔助軟體來解決這個問題。在這里,同一類二線制變送器電路原理基本相似,只是有幾個電阻參數不同。為此,我們可以設計一個輔助計算軟體,來計算不同分度號不同量程變送器電路所對應的合適電阻值。在實際設計過程中,我們可以分兩大類:

(1)熱電阻二線制變送器

該類電路包括:Pt100、Pt10、Cu50、Cu100、G、二線制變送器。

(2)熱電偶二線制變送器

該類電路包括:熱電偶K、E、S、B、J、T、WRE二線制變送器。

2、電阻計算的VB界面設計

根據要求,對於該界面,它應集成了檢測電路類型選擇、電阻計算、具體電路圖查看、電阻阻值顯示(混和電路原理圖)等功能。當我們在選擇了所需檢測電路類型時,單擊確定後,在我們的主體窗口中就可以將各個需計算的電阻顯示出來,同時,為了更加清晰的顯示各電阻之間的關系以及所計算電阻在電路中的位置,我們還要同時顯示出電路原理圖,把算出的電阻值顯示在原理圖上電阻的相應位置。主體窗口中的熱電阻、熱電偶二線制變送器電路的查看,主要是提供一個全面的設計電路原理圖,藉以顯示在桌面上,同時消除因為顯示電阻值而使電路線路不清楚的影響。界面的主體窗口如下:

(1)電路類型選擇設計

在類型中,我們有各種分度的二線制變送器。為此選擇ComboBox命令來建立下拉式選擇菜單,在該命令的List―list中輸入所需各種類型,然後對該下拉菜單進行命名,比如CboOk。此外在主體程序中進行相應的鏈接。部分鏈接顯示如下:

If CboOk.Text=「請選擇類型」Then MsgBox「必須選擇所需要的類型」

If CboOk.Text= 「Pt100(0~500度)」Then……

它的功能主要是通過對類型的控制來選擇所需要的計算。

(2)電阻阻值顯示(混和電路原理圖)設計

A、對於在主體窗口中的電阻值的顯示,可以採用TextBox命令來對計算出來的阻值進行顯示,由於要有相應的電阻符號(R1或者其它電阻符號),還要採用Lable命令,來顯示相應的電阻符號。在對電阻進行計算時,可以採取如下的方式(假設選擇的是Pt100二線制變送器,計算某一電阻R9公式已知,計算R9的程序如下):

If CboOk.Text = "Pt100(0-500度)" Then

Label7(4).Visible = False

Label7(3).Visible = True

Text2.Text = (Val(Text1(0).Text) * 100 - 2.5 * 2.809) / (2.5 * 0.1809)

式中Text2.Text即表示我們所求的R9,(Val(Text1(0).Text)則表示我們的未知值,或者是已知的需要帶入本式計算的值。Label7(3) Visible、Label7(4)Visible是指我們第三個、第四個計算輸出的電阻值,在熱電阻變送器中,我們的規定它們的單位為kΩ,而在熱電偶變送器中,我們規定的單位為歐,為此,在需要顯示以kW為單位的電阻值時,我們需要隱藏以W為單位的電阻值。

B、對於同時顯示的電路圖以及顯示在電路中的電阻值,我們必須新建一個窗體Form2以及Form3,同時還要設定一個數據傳輸模塊,藉以從Form1中把計算出的電阻傳輸到Form2以及Form3的電路原理圖中顯示。新建窗體或者模塊,可以在VB的程序編寫界面的工程條中選取新建窗體或者新建模塊命令。在模塊中,我們可以任意設定變數,但前提是必須與Form1主體程序中的變數一致。

C、Form2、Form3設計思路完全一樣,只是在顯示熱電阻電路時,熱電偶電路不顯示,在顯示熱電偶電路時,熱電阻電路不顯示。這是我們需要利用 Form2.Show Form3.Hide語句來屏蔽 Form3或者Form2的顯示。由於我們有單獨的電路顯示,為此,當只需要查看電路圖而不需要顯示電阻值或者那個Lable框時,也需要對在電路圖中幾個Lable顯示框進行屏蔽。

在圖例中,我們可以通過左上下拉菜單中選擇所需檢測溫度的電路類型,經過點擊確定後,這時,調用後台程序對所需計算的電阻進行計算並顯示出來,這里有兩種顯示方式,其一是在主界面上顯示,另外可以在電路原理圖的電阻的相應位置顯示。此外,我們可以通過點擊查看熱電阻電路、查看熱電偶電路來查看我們的所需電路原理圖。工作實例見圖6。

五、結論

本文介紹的熱電阻、熱電偶兩線制變送器具有電路簡單、成本低、可靠性高的特點,精度可以保證在0.5%以內。可以製成小體積的一體化兩線制變送器,直接安裝在熱電阻、熱電偶感測器接線盒內;已產品化批量生產,並得到廣泛的應用。同時,本文介紹的輔助設計軟體解決了不同分度號、不同量程變送器電路參數不同帶來調試困難的問題。具有較強的工程實用價值。

⑥ 單片機測電流如何實現。

單片機只能認抄識用二進制數表示的電壓信號。
采樣電流也要轉換成電壓。

基於如此思路,
在需要測量的迴路中串接一分流器
將采樣到的信號調理放大適當幅度。
送入ADC晶元的輸入腳
或者是單片機的ADC輸入腳
通過內部的比較器等將電壓值轉換為二進制數。
這樣單片機就測到電流了。

⑦ 電力系統中待四到20毫安的電流表。怎樣測量實際電流

按以下步驟進行:
1、選擇合適的電流互感器。
2、將電流互感器初級(一次繞組)串入所需測量迴路。
3、互感器次級(二次繞組)接入電流表,讀數乘以互感器變比。

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