一种多功能高精度V/I转换器

　　摘要本文针对自动化调度与控制系统中众多参数利用电量变送器或数字化仪表以电压的形式输出，而上位机为了提高数据传送精度则需电流输入这一矛盾问题进行分析、研究，最后设计出了此V/I转换器。
　　【关键词】问题 温度 V/I转换器
　　在电力调度、通信等领域自动化调度与控制系统中，需将电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率、压力、温度、湿度等参数利用电量变送器或一些数字化仪表以电压的形式（0-±5V0-10V）输出，然后将这些数据传输给上位机，而上位机往往为了提高数据传送精度则需要变电流形式（0-10mA，4-20mA）输入这就给电量变送器和数字化仪表生产厂家带来不便，为此本文设计了一种多功能高精度V/I转换器，用户可任意选择0-10mA或4-20mA输入形式。
　　1 问题的出现
　　某厂引进了四条涤纶生产线，生产中产品质量指标在同批号中不稳定：(1)染色不均匀；(2)条干不均匀；(3)沸水收缩率高。针对上述问题，厂生产质量会议上讨论分析认为是熔体温度产生了波动，决定聘请我牵头解决这一问题。
　　2 故障检查与处理
　　温度产生波动，我从感温元件安装使用和现场干扰两方面进行排查和处理。
　　（1）检查热电偶、热电阻保护套管是否插入到管道中心处。
　　（2）检查套管内是否积水，积灰或其它异物，否则传热阻力过大，致使感温元件所感受的温度跟不上真实温度变化而造成误差。
　　（3）对保护套管露出部分采取保温措施。
　　（4）对热电偶、热电阻在保护管内重新固定，以防其它振动引起感温误差。
　　（5）对传输电缆的绝缘进行检查，如有无老化。
　　（6）信号电缆都采用屏蔽电缆，每根屏蔽电缆的屏蔽层只有一头接地。
　　（7）热电偶、热电阻的接线柱与外壳有良好的绝缘。
　　（8）中间接线端子的绝缘强度达到要求。
　　采取上述措施后，产品质量仍没有大的改观，从说明书中查出控制仪表、传感元件都能满足控制精度，又由于四条生产线都存在相同问题，不可能全部仪表都有故障。查阅资料后，我初步判断是信号传输受到干扰。要提高抗干扰能力，采取电流形式传输是理想方法，但感温元件转换出来的是电压信号。在这种情况下，设计出了此V/I转换器，投入使用后，确实解决了温度波动难题。
　　3 V/I转换器的技术要求
　　（1）精度高，可达±0.5%.
　　（2）无需调试。无论是0-5V、0-±5V、0-10V输出用户可根据需要拔动选择开关任意选择0-10mA还是4-20mA输入。
　　（3）选择高精度四运算放大器，工作电源应大于10V（这里取±12V）；以保证运算放大器工作在线性区。
　　（4）选择性能稳定，放大系数高、穿透电流小的三极管。（必要时可用复合管）。
　　（5）要保证给定电压的精度。若采用电阻分压形式给定则必须采用精密电阻、电位器，同时运算放大器接成电压跟随器形式输出。
　　4 电路设计
　　图中：S1~S6——选择开关
　　A1-A4——一块四运算放大器集成块，其中A1、A2组成电压跟随器、A3组成反相
　　5 简单工作原理及电路参数设计
　　根据集成运算大器的特性可知：（1）输入电阻趋于无穷大（流入运算放大器两个输入端电流几乎为零）；（2）输出电阻很小（带负载能力强）；（3）反相输入端和同相输入端电位几乎相等。所以有：UP=UNIR5（IR6、IR7、IR8）=IF
　　（1）输入Ui2=0~10V时，需要0~10mA输出。
　　接通S3和S6，Ui2经A3反相后得到0~-10V
　　IA7=IF===
　　当Ui2=OV时，IF=O当Ui2=10V时，IF=10mA
　　可见：
　　R7= （2）
　　当输入Ui1=5V或Ui2=-5V时，需要0~10mA输出。接通S4、S5或S6，Ui2经A3反相后得到-5V与Ui1相同（S5、S6不能同时接通），这时：
　　IR8=IF===
　　当Ui2=OV IF=O 当Ui2=±5V IF=10mA
　　可见：
　　R7= ==
　　（3）当输入Ui2=0~10V时，需要4~20mA输入。这时接通S1和S6，Ui2经A3反相后得-10V，这时：
　　IR5=IF===
　　当Ui2=0V时 IF=4mA=
　　当Ui2=10V时IF=20mA=
　　联解方程得：UR1=2.5VR5=625（Ω） ，给定电压经+5V、R1、R2分压后再由电压跟随器A1获得，R5可由一个600Ω电阻再串一个100Ω精密电位器即可获得。
　　（4）当输入Ui1=-5V或Ui2=5v时，需要4~20mA输出，接通S2、S5或S6，这时：
　　IR6=IF==
　　当Ui1=OVIF=4=
　　当Ui1=5VIF=20mA=
　　联解方程得：UR1=1.25V R6=312.5Ω，给定电压经+5V、R3、R4分压后再由电压跟随器A2获得，R5可由一个300Ω电阻再串一个100Ω精密电位器即可获得。
　　该装置使用方便，精度高，且无需现场调试，也无需考虑购入那种类型的电量变送器或数字仪表，进一步提高了其性能和可靠性。
　　
　　参考文献
　　[1]康华光主编.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社,1992 .
　　
　　作者单位
　　广东省河源市高级技工学校广东省河源市517000