一种两线制微弱应变电桥信号变送器制造技术

本实用新型专利技术公开一种两线制微弱应变电桥信号变送器，该变送器适用于将输出电压变化极为微小(若干毫伏)、零点偏移较大(与输出变化量相当，甚至大于输出电压变化量)的电阻式微弱应变电桥信号转化为电流信号进行传输。该变送器由微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路、V/I转换模块、输出电流调整电路、输出回路构成。微弱应变电桥输出的微弱且具有零点偏移的电压信号输入到第一差动放大器进行一级放大，其输出电压再和零点偏移调整电压进行第二级差动放大，其输出电压再输入到V/I转换模块，在输出电流调整量的控制下转换为4～20mA电流输出，同时V/I模块向微弱应变电桥、差动放大电路及零点偏移调整电路提供工作电源。本实用新型专利技术电路简单、线性度好、性价比高、接线方便。

A two wire weak strain bridge signal transmitter

The utility model discloses a two wire bridge weak strain signal transmitter, the transmitter is suitable for the change of output voltage is very small (several millivolts), zero offset (and larger output variation is even greater than the output voltage variation) of the resistance type weak strain signal into a current signal transmission. The transmitter is composed of weak strain bridge, differential amplification circuit, zero offset adjustment circuit, V/I conversion module, output current regulation circuit and output circuit. Weak and has zero offset voltage signal input to the first output strain of a differential amplifier amplifier, the output voltage and zero offset voltage adjustment of second stage differential amplifier, the output voltage and input to the V/I conversion module is converted to 4 ~ 20mA in the current output control of the output current to adjust the amount of. At the same time the V/I module to the weak strain bridge, a differential amplifying circuit and zero offset adjustment circuit provides working power. The utility model has the advantages of simple circuit, good linearity, high cost performance and convenient connection.

【技术实现步骤摘要】
一种两线制微弱应变电桥信号变送器
本技术涉及检测技术及自动化装置领域，更具体地说，本技术涉及一种微弱应变电桥信号变换用变送器仪表。
技术介绍
电阻应变式传感器被广泛应用于力、压力、加速度、质量等参数的测量，其基本原理是弹性体(弹性元件、敏感梁等)在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生形变，电阻应变片形变后，其阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路(惠更斯电桥)把阻值的变化转换为电压信号，从而完成了将与力相关的参数转换为电信号的过程，其典型应用就是电子称重设备。但是，多数电阻式应变电桥输出电压信号灵敏度较低，电压变化量较小，且零点偏移量较大，甚至和电压变化量相当，后继信号调理及变换难度较大，以市面购买的某型号悬臂梁应变桥式1kg量程称重传感器为例，当采用参考电流Iref＝1.6mA的电流桥时，经测试，称重量在0～800g变化时，其零点漂移达到了1.3mV，最大输出变化量仅为1.0mV。工业上最广泛采用的是4～20mA电流来传输模拟量，因电流信号不容易受干扰，而且电流源的内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不会对精度造成影响，从而可以实现数百米的传输。因此，工业上通常需要将微弱应变电桥信号转换为4～20mA电流进行传输，而上述传感器输出电压变化微小，零点偏移量较大，无疑为信号的调理和变换增加了难度，通常需要采用高精度ADC进行采样和微处理器进行处理，或者配备厂家提供的三线制处理电路模块来进行变换，其电路复杂、成本高、接线较两线制仪表复杂。搜索电流型变送器相关专利文献，伍正辉、龙霞等人专利技术的高温熔体自动调零压力变送器采用了微处理器及软件编程来实现零点和满刻度自动调整及4～20mA电流输出；王可崇专利技术的应变式位移检测元件的力平衡式变送器，其整体结构较为复杂，信号调理及变换电路本身无法自动将电阻应变桥零点偏移掉，且该专利技术要求电桥输出电压上下限满足1∶5的数量关系(即零点偏移量和电压变化量满足1∶4数量关系)，需要通过一个负反馈闭环平衡装置来完成转换并保证测量精度和线性度。而本技术则通过简单的信号调理、放大、调整及V/I变换电路实现微弱信号的高倍数放大及零点偏移，无需高精度AD采集加数字处理或复杂反馈平衡装置即可获得较高的转换精度和线性度。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种两线制电流型变送器，其可以对电压变化量小到若干毫伏且零点偏移电压与变化量相当(甚至电压变化量小于零点偏移量)的微弱应变电桥测量信号进行处理、变换和输出。为了解决所述技术问题，本技术提供了一种两线制微弱应变电桥信号变送器，其特征是采用纯模拟电路对信号进行处理和变换，该变送器由微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路、输出电流调整电路、V/I转换模块、输出回路构成，其中，微弱应变电桥为电阻式应变电桥，差动放大电路分为两级，均由低功耗仪表放大器AD627构成，零点偏移调整电路由一个5MΩ固定电阻及一个1MΩ电位器串联构成，输出电流调整电路由调整电阻构成，V/I转换模块由单芯集成的4～20mA电流源芯片XTR105构成，输出回路由NPN型三极管、防止电源反接的整流桥、过压保护二极管、稳压电容构成。微弱应变电桥的输出电压接入第一差动放大器，第一差动放大器的输出端和零点偏移调整电路的输出端均接至第二差动放大器，第二差动放大器的输出端接至V/I转换模块，且输出电流调整电路接至V/I转换模块，V/I转换模块的输出信号接入输出回路。变送器工作原理及信号流向关系为：微弱应变电桥输出的微弱且具有零点偏移的电压信号输入到第一差动放大器进行一级放大，其输出电压再和零点偏移调整电压进行第二级差动放大，其输出电压再输入到V/I转换模块，在输出电流调整量的控制下转换为4～20mA电流，最终在电源、整流桥、V/I转换模块XTR105和三极管BU406、负载RL组成的回路中流过4～20mA电流；通过零点偏移调整电位器及输出电流调整电位器可以方便地调整零点偏移量及输出放大倍数，且可消除运算放大器失调电压、失调电流对微弱信号的转换精度的影响。所述变送器中的微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路所需要的工作电源由V/I转换模块提供，无需另外提供电源，可实现纯两线制供电及输出；系统还带有微弱应变电桥输出非线性自动补偿功能，即通过将V/I转换模块提供的非线性补偿电流经补偿电阻输入到微弱应变电桥的一个桥臂，从而实现系统非线性自动补偿，提高输出线性度和转换精度；通过方案优化设计，前述微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路的总功耗极低，其总电流小于4mA，从而可以实现以4mA为零点的两线制供电及电流输出。优选的是，所述变送器还包括输出回路，在输出回路中只要接入24V直流电源，便可输出电流信号，且输出回路具有二极管反接保护电路，电源可按任意方向接入回路。本技术至少包括以下有益效果：(1)对电压变化量小到若干毫伏且零点偏移电压与变化量相当(甚至电压变化量小于零点偏移量)的微弱应变电桥测量信号，本技术可以有效且精密地变换为4～20mA电流信号进行输出。(2)采用纯模拟电路对信号进行处理和变换，无需高精度AD采集加数字处理或复杂反馈平衡装置，结构简单，成本低廉。(3)零点偏移和输出放大倍数调整方便，放大器失调电压、失调电流对微弱信号的转换精度无影响，带有非线性自动补偿，测量精度和线性度高。(4)两线制供电和输出，变送器无正负极区分，接线方便、简单，方便远程传输。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本技术所述的两线制微弱应变电桥信号变送器的结构示意图。图2为本技术所述的两线制微弱应变电桥信号变送器的电路图。图3(a)和(b)分别为设计实例在无补偿电阻RLIN和补偿电阻RLIN＝9.33kΩ时，被测量和输出电流之间的变化关系曲线图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。本技术提供一种两线制微弱应变电桥信号变送器，采用纯模拟电路对信号进行处理和变换，其组成结构如图1所示，包括微弱应变电桥1、第一差动放大器2、零点偏移调整电路3、第二差动放大器4、输出电流调整电路5、V/I转换模块6、输出回路7；其中，微弱应变电桥1为电阻式应变电桥，第一差动放大器2和第二差动放大器4均由低功耗仪表放大器AD627构成，零点偏移调整电路3由一个5MΩ固定电阻及一个1MΩ电位器串联构成，输出电流调整电路5由调整电阻构成，V/I转换模块6由单芯集成的4～20mA电流源芯片XTR105构成，输出回路7由NPN型三极管、防止电源反接的整流桥、过压保护二极管、稳压电容构成。微弱应变电桥1的输出电压接入第一差动放大器2，第一差动放大器2的输出端和零点偏移调整电路3的输出端均接至第二差动放大器4，第二差动放大器4的输出端接至V/I转换模块6，且输出电流调整电路5接至V/I转换模块6，V/I转换模块6的输出信号接入输出回路7。变送器工作原理及信号流向关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两线制微弱应变电桥信号变送器，其特征在于：该变送器由微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路、输出电流调整电路、V/I转换模块、输出回路构成，其中，微弱应变电桥为电阻式应变电桥，差动放大电路分为两级，均由低功耗仪表放大器AD627构成，零点偏移调整电路由一个5MΩ固定电阻及一个1MΩ电位器串联构成，V/I转换模块由单芯集成的4～20mA电流源芯片XTR105构成，输出回路由NPN型三极管、防止电源反接的整流桥、过压保护二极管、稳压电容构成；微弱应变电桥的输出电压接入第一差动放大器，第一差动放大器的输出端和零点偏移调整电路的输出端均接至第二差动放大器，第二差动放大器的输出端接至V/I转换模块，且输出电流调整电路接至V/I转换模块，V/I转换模块的输出信号接入输出回路；变送器工作原理及信号流向关系为：微弱应变电桥输出的微弱且具有零点偏移的电压信号输入到第一差动放大器进行一级放大，其输出电压再和零点偏移调整电压进行第二级差动放大，其输出电压再输入到V/I转换模块，在输出电流调整量的控制下转换为4～20mA电流，最终在电源、整流桥、V/I转换模块XTR105和三极管BU406、负载RL组成的回路中流过4～20mA电流。...

【技术特征摘要】
1.一种两线制微弱应变电桥信号变送器，其特征在于：该变送器由微弱应变电桥、差动放大电路、零点偏移调整电路、输出电流调整电路、V/I转换模块、输出回路构成，其中，微弱应变电桥为电阻式应变电桥，差动放大电路分为两级，均由低功耗仪表放大器AD627构成，零点偏移调整电路由一个5MΩ固定电阻及一个1MΩ电位器串联构成，V/I转换模块由单芯集成的4～20mA电流源芯片XTR105构成，输出回路由NPN型三极管、防止电源反接的整流桥、过压保护二极管、稳压电容构成；微弱应变电桥的输出电压接入第一差动放大器，第一差动放大器的输出端和零点偏移调整电路的输出端均接至第二差动放大器，第二差动放大器的输出端接至V/I转换模块，且输出电流调整电路接至V/I转换模块，V/I转换模块的输出信号接入输出回路；变送器工作原理及信号流向关系为：微弱应变电桥输出的微弱且具有零点偏移的电压信号输入到第一差动放大器进行一级放大，其输出电压再和零点偏移调整电压进行第二级差动放大，其输出电压再输入到V/I转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，殷文志，熊智新，罗小月，刘学宁，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32