1、低频电子线路课程设计电流变送器一 题目名称：电流变送器二 内容摘要：设某种测温电阻在温度从 0 摄氏度到 1000 摄氏度变化时，电阻值从 0 欧姆变化到 1000 欧姆，设计一个测量电路，将电阻的变化转换为 4 到 20 毫安电流的变化并输出给负载电阻，电路可使用运放 LM324 和晶体三极管实现。设计任务：设计一个用于将电阻变化变为电流变化的电路。电路使用运放LM324 和晶体三极管实现。三 技术指标：1、电阻变化量：0k 欧姆2、电流输出：4-20mA3、负载阻抗：=200 欧姆4、误差：=5%5、电源电压：DC -12 +12 任选四 设计要求：1、运放器件指定为 LM324，要求通过
2、查阅手册获得器件参数。2、负载电阻要求一端接地，电流的变化与电阻的变化成正比。3、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。4、画出电路原理图。 （元器件标准化与电阻的规范化）5、计算机仿真。五 电路工作原理：温度电流变送器的作用是把温度敏感元件所产生的微弱电流信号，变换成工业控制系统中通用的标准电流 4mA20mA 信号。本设计所采用的温度变送器为两线制，即将敏感元件的微弱电压信号，变换成变送器直流馈电电源中电流的变化；在工业控制系统中该电流的变化规定为 4mA20mA。两线制温度变送器具有以下优点：）温度变送器的体积小可以和温度敏感元件做成一体安装在现场且为电流输出；故抗干扰能力强
3、可远距离传输。2）对馈电电源的稳压精确度要求低。一般来说，电源电压在-30%一+15%之间波动不影响输出电流的精度。3）两线制温度变送器将电源线与信号线合二为一，从而节省了设备投资，降低了成本。图 1 为温度变送器的电路原理图。第一个运算放大器 U1A 将测温电阻 Rt阻值的变化转变为电压的变化。运算放大器 U1A 的输出电压与测温电阻 Rt 的阻值成线性关系。其关系式为 Uo1= V1*（1+Rt/R4 ）第二个运算放大器 U2B，则是实现了 V/I 的转换，构成一个 V/I 转换器。它将 U1A 的输出电压 Uo1 的变化转换成负载处输出电流的变化，从而达到电压与电流之间的转换。为使 U2
4、B 实现电压控制电流的目的，电路中各电阻的取值应满足：Rf / Rs =（R2+R3 ）/R1满足上述条件的情况下 U1A 的输出电压 Uo1 与负载处输出电流 Io 成正比。其关系式为： Io = （Rf*Uo1 /R3*Rs）运算放大器 U1A 与运算放大器 U2B 组合实现了电阻与电流之间的转换，从而完成实验目的要求。 由 Uo1= V1*（1+Rt/R4）与Io = （Rf*Uo1 /R3*Rs ）可以导出测温电阻 Rt 与输出电流 Io 之间的关系为： Io = （Rf* V1*（1+Rt/R4 ） /R3*Rs）由图 1 知：R4=250 Rf=10R3=250 Rs=10V1=-
5、1所以整理后的电阻电流关系式为:Io=4*(1+Rt/250) mAU1ALM324AN321141U2BLM324AN321141R4250RM10kRs10kRf10kR3250Rt1kKey=A100%R1500R2250VCC12VVCC12VVDD-12VVDD-12VV11 V RL100图 1 温度电流变送器的原理图六 数据处理 及计算机仿真结果由于负载两端的电压比负载中的电流易测,因此实际操作中测的是负载两端的电压,再根据欧姆定律求出负载中的电流即输出电流。Io=Uo/RLRt：热电阻Uo：负载两端的电压I：流经负载的电流RL=100 时表 1 计算机仿真数据结果Rt/ 0 1
6、00 200 300 400 500 600 700 800 900 1000I/mA 4.007 5.604 7.201 8.797 10.394 11.99113.588 15.185 16.781 18.378 19.975表 2 实验测量的数据结果Rt/ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Uo/V 0.401 0.562 0.722 0.880 1.040 1.201 1.359 1.52 1.679 1.84 2.000I/mA 4.01 5.62 7.22 8.80 10.40 12.01 13.59 15.2 16.79 18.4
7、 20.00RL=200 时表 1 计算机仿真数据结果Rt/ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000I/mA 4.007 5.604 7.201 8.798 10.394 11.99113.588 15.185 16.782 18.379 19.952表 2 实验测量的数据结果Rt/ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Uo/V 0.400 0.560 0.720 0.880 1.040 1.201 1.359 1.519 1.678 1.838 1.995I/mA 4.00 5.60 7.20 8.
8、80 10.40 12.01 13.59 15.19 16.78 18.38 19.95七 小结：电流变送器亦称电流环路，能将输入信号转化为 4mA20mA 的直流电流信号，输入信号也可为非电量信号。在工业现场用一个仪表放大器来完成信号调理并进行长线传输会产生以下问题：第一大多数情况下传感器在很恶劣嘈杂的环境下工作，测量一起远离传感器，实际上需要的传输线很长，电压传输易受电磁干扰，且传输线的分布电阻会产生电压降；电流对噪声并不敏感若以电流信号进行传输，则不易受传输线长度的影响。第二某些信号不易测量，电流信号则极易测量；第三在现场提供仪表放大器的工作电压较困难；4mA20mA电流变送器的功能是将
9、传感器的输出转换为工业控制系统中所要求的标准电流传输给负载，提高被测信号的远距离传输能力。所以变送器在一汽、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。通过此次实验，我对运算放大器 LM324 的功能和使用有了更进一步的了解，并通过对它的使用，我明白了在电路中它可以起到的作用，而且通过不断的修改和完善，以及不断的遇到问题，解决问题的过程，我感觉我成长了许多，并且收获了许多，感觉受益匪浅。八 参考文献：1 杨家树 ,关静 OP 放大器电路及应用 科学出版社 2010 年 1 月2 王毓银 数字电路逻辑设计 （第二版） 高教出版社 2005 年 12月3 金唯香，谢玉梅 电子测试技术 湖南大学出版社 2005 年 11月4 彭介华 电子技术课程设计指导 高等教育出版社 2006 年 10月5 张新喜 Multisim 10.0 电路仿真及应用机械工业出版社 2010 年 2 月
