基于液位變送器輸出的變換
在變送器的開發(fā)應(yīng)用中,常常會遇到所需的變送器的輸出與已有的變送器的輸出不同,或用戶已有的變送器的輸出不能滿足新的需求,這就需要改變變送器原來的輸出。為了滿足多種客戶的需求,就需有多種輸出的變送器。例如:作為二型表,標準輸出多為0~10mA, 或0~10V,而目前應(yīng)用的三型表,卻是4~20mA或1~5V的,它們之間如何變換,是我們必須解決的問題。
1 變送器信號調(diào)理電路的設(shè)計
1.1 溫度漂移的處理
傳感器的溫度漂移可分為零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移。零點溫漂即傳感器不受壓時的輸出由溫度變化引起的漂移,在傳感器的應(yīng)用中,經(jīng)常用恒流供電,零點及其溫漂的補償方法可用電阻串并聯(lián)法,采用圖1所示的電路可有效的解決零點溫漂問題。 恒流供電橋路的傳感器,其靈敏度溫度補償通常采用的電路如圖2所示。其中R的網(wǎng)路中Rt為溫度系數(shù)與靈敏度溫漂同向的熱敏電阻,Rs、Rp、Rz為溫度系數(shù)可忽略的電阻,用來調(diào)整Rt的溫度系數(shù)。經(jīng)上述零點和靈敏度的溫度補償?shù)膫鞲衅鞯妮敵鲂盘柤纯梢暈樵谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)與溫度變化無關(guān)。 1.2 放大及非線性的處理
任何力敏傳感器的非線性都有大小、正負之分,信號的處理和傳輸時要進行線性化處理,使最后得到的信號與液位成線性關(guān)系。線性化電路就是根據(jù)非線性的大小和正負來設(shè)計的,線性化可以在信號處理的不同階段來進行,有的在模擬信號階段進行,有的在數(shù)字信號階段進行。
在圖3的電路中,12腳與6腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)正非線性;12腳與1腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)負非線性。 對于一般應(yīng)用要求的精度(±0.5%FS0),在適當?shù)牧砍谭秶鷥?nèi),使用簡單的正負反饋的修正就足夠了;小量程的傳感器應(yīng)用到大量程中,非線性會增大,有時用簡單的正負反饋修正進行線性化比較困難,最好使用數(shù)字線性化方法,也可以采用多點修正方法。
對于輸出信號很小,甚至只有幾mV的傳感器在制作4~20mA液位變送器時,可以使用性能優(yōu)良的儀表放大器,如INA118,對溫度補償、線性化、放大以及輸出全面考慮,設(shè)計出滿足需求的液位變送器電路。
也可以應(yīng)用變送器電路塊,如xTR106,這是美國BB公司的產(chǎn)品。具體電路如圖3所示,用該電路組裝的變送器經(jīng)過長期運行,各方面的性能都很好,其中用Wl調(diào)零點,W2調(diào)量程,R3調(diào)靈敏度溫漂,R8調(diào)線性。
2 變送器輸出的變換
2.1 4~20mA變換為0~5V
OP295為雙運放電路,噪聲低,精度高,可輸入和輸出正負信號。單電源工作3~36V,低失調(diào)電壓300μV,高開環(huán)增益1000V/mV,每個放大器的電源電流最大為150μA,輸出電流±18mA,工作溫度-40~125℃。是一種很好的放大器。
用OP295放大器構(gòu)成的4~20mA變換為0~5V的原理圖如圖4所示。其中R1為取樣電阻,W1和W2分別為調(diào)零位和滿位的電位器,二極管組用于共模調(diào)整,8V電壓可用LM317得到。該電路組裝調(diào)試便捷,精度高。 2.2 4~20mA變換為0~10mA
RCV420 是 BB公司的產(chǎn)品。它能將4~20mA變換為0~5V。它的電源電壓額定值為±15V,靜態(tài)電流為3mA,工作溫度范圍-55~125℃。雖然說明書中給出的電源是雙電源,但也可以應(yīng)用于單電源0~24V的場合,這就十分方便,應(yīng)用時不加任何外部元件(見圖5)。 把4~20mA變換為0~10mA的電路如圖6所示。這個電路雖然比較復(fù)雜,但性能穩(wěn)定可靠。
設(shè)R1 上的壓降(取樣電壓)為Vi,經(jīng)推導(dǎo)可以得到流經(jīng)RL上的電流為I=(Vi-1)/R11 。很顯然,如果變送器在零位時輸出4mA,在250Ω的取樣電阻的壓降為1V,于是I=0。如果變送器輸出為20mA,Vi=5V,則I=(5-1) /R11,適當選取R11,可得I=10mA。
2.3 雙4~20mA輸出
有時為應(yīng)用方便,一個變送器需用兩個或多個4~20mA輸出。圖7給出了在實際應(yīng)用中很成功的解決方法。
實際電路由OP295和9015PNP管構(gòu)成,調(diào)解R1使其輸出為4~20mA,就成了雙4~20mA輸出。這個電路輸出穩(wěn)定可靠。
3 結(jié)語
本文介紹的液位傳感器的信號調(diào)理電路以及各種變送器的變換電路是作者實際工作的總結(jié),用該方法設(shè)計的液位變送器,經(jīng)多年的實際應(yīng)用,證明用該設(shè)計方法制作的變送器性能優(yōu)良運行可靠。
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