一种4‑20mA两线制无源电流环路测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种4‑20mA两线制无源电流环路测量仪，它包括两线制输入端子；两线制输入端子与采集待测电流环路电流信号的电流采样电路连接；电流采样电路分两路，一路经过将采集到的电流信号转换成电压信号的电流变换电路与执行模数转换的AD转换电路连接，而后AD转换电路通过IIC串行总线与单片机连接，另一路与从待测电流环路收集电流能量并变换为供给耗电电路正常工作所需的供电电压的能量收集利用电路连接；能量收集利用电路为电流变换电路、AD转换电路和单片机提供电能。本实用新型专利技术不仅可显示出环路电流值，还可通过转换设置将环路电流值所代表的物理量值显示出，并且其在工作时不需要额外供电电源，可长期连接于电流环路中使用，实用性强。

A 4 20mA two wire loop passive current measuring instrument

The utility model discloses a 4 20mA two wire loop passive current measuring instrument, which comprises two wire input terminal; two wire input terminal and the acquisition of the current measured current loop current signal is connected with the sampling circuit; the current sampling circuit is divided into two, all the way through the acquisition of the current signal is converted into voltage the current signal conversion circuit and performing analog-to-digital conversion AD conversion circuit, AD conversion circuit and then through the IIC serial bus is connected with the singlechip, the other way and from the measured current loop current energy collection and transform required for the normal operation of the power supply circuit is connected with the power supply voltage energy collection circuit; energy harvesting circuit provides power for the current conversion circuit, AD conversion circuit and single chip microcomputer. The utility model can not only show the loop current value, but also through the conversion settings will loop current value of the value of physical quantity showed, and at work without additional power supply, can be connected to the current loop in use, strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种4-20mA两线制无源电流环路测量仪
本技术涉及一种4mA-20mA两线制无源电流环路测量仪，具体来说，是涉及一种串联接入各种4mA-20mA电流环路中对环路电流进行测量，可显示环路电流值以及环路电流值所代表的被测物理量值的仪表。
技术介绍
在工业现场，因4mA-20mA电流环测量方式能够方便及时地显示出电流环路中的电流大小，以及反映出环路电流所代表的被测物理量值，因此其至今依旧被广泛应用在工业现场的各种场合中。4mA-20mA电流环测量方式的一种比较简单的实施做法是，将通用电流表串接于被测的电流环路中直接测试读取环路电流值，以及根据需要进一步依据环路电流值来换算出其所要代表的相关物理量值。但是，从实际实施中可以发现，通用电流表不便于长期连接于电流环路中，也不能直接显示出换算好的对应物理量值，而且在有些关键生产流程的电流环路应用中，因为生产流程的中断是不允许的，因此不能随意切断电路环流的限制极大制约了电流表的应用。另外，这种环路电流的在线串联测试需要额外设置供电电源，在应用与维护方面十分不便。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其不仅可显示出环路电流值，还可通过转换设置将环路电流值所代表的物理量值显示出，并且其在工作时不需要额外供电电源，可长期连接于电流环路中使用，实用性强。为了实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：它包括接收4mA-20mA输入电流的两线制输入端子；两线制输入端子与采集待测电流环路电流信号的电流采样电路连接；电流采样电路分两路，一路经过将采集到的电流信号转换成电压信号的电流变换电路与执行模数转换的AD转换电路连接，而后AD转换电路通过IIC串行总线与单片机连接，另一路与从待测电流环路收集电流能量来变换为供给耗电电路正常工作所需电压的能量收集利用电路连接；能量收集利用电路为电流变换电路、AD转换电路和单片机提供电能。本技术的优点是：1、本技术在对待测的4mA-20mA电流环路的环路电流进行完测量后，不仅可显示出环路电流值，还可根据实际需要将环路电流值转换为其所代表的物理量值后显示出，即可直接显示出用户最终想要看到的检测对象，极大满足了用户的检测需求，实用性强。2、本技术在工作时不需要为其额外提供供电电源，其凭借从要测量的电流环路自身所具有的电流能量中提取一部分，便可提供出用于驱动整个电路运行的电能，这种不需要额外增加供电电源的特点，为其在应用与维护方面带来了便利。3、本技术在串联接入待测的4mA-20mA电流环路中使用时，其产生的回路直流压降不会超过1.7V，功耗小，运行稳定、可靠，不会对待测的4mA-20mA电流环路产生任何影响，可长期连接于电流环路中使用。附图说明图1是本技术的组成框图。图2是本技术部分电路的电路原理图。具体实施方式本技术4-20mA两线制无源电流环路测量仪用于串接于待测电流环路中使用。如图1所示，本技术测量仪包括接收4mA-20mA之间的输入电流的两线制输入端子11；两线制输入端子11与采集待测电流环路电流信号的电流采样电路12连接；电流采样电路12分两路，一路经过将采集到的电流信号转换成电压信号的电流变换电路13与执行模数转换的AD转换电路14连接，而后AD转换电路14通过IIC串行总线与作为主控的低功耗单片机20连接，另一路与从待测电流环路收集电流能量来变换为供给耗电电路正常工作所需电压的能量收集利用电路15连接；能量收集利用电路15为电流变换电路13、AD转换电路14和单片机20提供电能。在本技术中，电流采样电路12所采集的待测电流环路消耗的电流，即电流消耗值作为能量收集利用电路15的能量输入，然后经过能量收集利用电路15对输入的能量进行处理，生成用来驱动电流变换电路13、AD转换电路14和单片机20等耗电电路正常工作所需的电源电压，以实现不需要额外电源供电的无源工作模式，即从被测电流环路中获取电能来驱动整个电路工作。如图1，本技术无源电流环路测量仪还可包括与单片机20连接、作为人机交互的按键输入电路16。按键输入电路16主要用于对单片机20内设置的环路电流值与相关物理量值之间的换算规则进行设定等。如图1，本技术无源电流环路测量仪还可包括与单片机20连接的液晶显示屏19以及为液晶显示屏19提供背光的液晶背光电路17。液晶显示屏19可采用段码式液晶显示屏等。在本技术中，单片机20主要用于对采集的电流环路电流信号进行必要的校准、非线性补偿处理，以计算出电流环路流经的环路电流值(全回路电流在4mA-20mA之间)以及将此环路电流值换算为其所对应的相关被测物理量值，并驱动液晶显示屏19最终显示出。另外，本技术测量仪还可包括与单片机20连接的通讯电路18，通讯电路18用于与上位计算机通信来设置相关参数。图2示出了电流采样电路12、电流变换电路13、AD转换电路14以及能量收集利用电路15的电路原理图。如图2，电流采样电路12包括与两线制输入端子11(HX2)一引脚相连的电流采样电阻R5，两线制输入端子HX2的另一引脚接地。电流变换电路13包括电流检测器U1(采用INA169芯片)和电压跟随器U2(采用TLC2252芯片)。AD转换电路14包括AD转换器U3(采用ADS1110芯片)。进一步来说，电流检测器U1的正、负输入引脚VIN+、VIN-跨接在电流采样电阻R5的两端，电流检测器U1的输出引脚OUT分两路，一路与电压跟随器U2的正输入引脚连接，另一路与接地电阻R1连接，电压跟随器U2的负输入引脚与输出引脚短接后共同连接到AD转换器U3的正输入引脚VIN+上，AD转换器U3的负输入引脚VIN-接地，AD转换器U3的数字输出接口SCL、SDA引脚分别连接用于通讯的上拉电阻R6、R8的同时，与单片机20的相应引脚连接。在本技术中，单片机20可选为PIC16F946芯片。如图2，能量收集利用电路15包括同步升压型转换器U4(采用LTC3105芯片)。在本技术中，能量收集利用电路15主要的作用是，借由二极管将从待测电流环路收集来的电流能量变为电压能量，并将电压能量放大为可驱动耗电电路正常工作的电压后输出。进一步来说，同步升压型转换器U4的转换输入引脚SW连接电感L1后分四路，第一路与电流采样电路12的输出端连接，即与电流采样电阻R5串联，第二路与同步升压型转换器U4的输入引脚VIN连接，同步升压型转换器U4的输入引脚VIN同时连接有接地二极管D2，接地二极管D2的负极与输入引脚VIN连接而正极接地，第三路与接地电容连接，即与并联的三个接地电容C2、C3、C4连接，第四路与串联的两个二极管D1、D3连接，二极管D1的正极接输入引脚VIN而负极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极接地；同步升压型转换器U4的输出引脚VOUT与反馈引脚FB之间连接有用于产生模拟正3V电源电压的供电电路，供电电路由电容C5、C6、电阻R10、R9构成，模拟正3V电源电压用来作为电流变换电路13、AD转换电路14和单片机20这些耗电电路的供电电压。使用时，将本技术测量仪的两线制输入端子11的两个引脚串接于待测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种4‑20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：它包括接收4mA‑20mA输入电流的两线制输入端子；两线制输入端子与采集待测电流环路电流信号的电流采样电路连接；电流采样电路分两路，一路经过将采集到的电流信号转换成电压信号的电流变换电路与执行模数转换的AD转换电路连接，而后AD转换电路通过IIC串行总线与单片机连接，另一路与从待测电流环路收集电流能量来变换为供给耗电电路正常工作所需电压的能量收集利用电路连接；能量收集利用电路为电流变换电路、AD转换电路和单片机提供电能。

【技术特征摘要】
1.一种4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：它包括接收4mA-20mA输入电流的两线制输入端子；两线制输入端子与采集待测电流环路电流信号的电流采样电路连接；电流采样电路分两路，一路经过将采集到的电流信号转换成电压信号的电流变换电路与执行模数转换的AD转换电路连接，而后AD转换电路通过IIC串行总线与单片机连接，另一路与从待测电流环路收集电流能量来变换为供给耗电电路正常工作所需电压的能量收集利用电路连接；能量收集利用电路为电流变换电路、AD转换电路和单片机提供电能。2.如权利要求1所述的4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：所述4-20mA两线制无源电流环路测量仪还包括与所述单片机连接、作为人机交互的按键输入电路。3.如权利要求1所述的4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：所述4-20mA两线制无源电流环路测量仪还包括与所述单片机连接的液晶显示屏以及液晶背光电路。4.如权利要求1至3中任一项所述的4-20mA两线制无源电流环路测量仪，其特征在于：所述电流采样电路包括电流采样电阻；所述电流变换电路包括电流检测器和电压跟随器；所述AD转换电路包括AD转换器。5.如权利要求4所述的4-20mA两...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赫，
申请(专利权)人：北京瑞普三元仪表有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11