一種自適應變送器電流平均值裝置和實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種變送器信號處理技術，尤其是一種自適應變送器電流平均值裝置 和實現方法。
【背景技術】
[0002] 在很多情況下，同一參數測量的結果需要使用多點測量值的平均值。當測量系統 的傳感器輸入通道數量不夠，特別是測量系統在設計之初是使用單個參數測量變送器進行 參數測量與變送，需要增加參數測量變送器的數量，改成使用多點測量值的平均值方案時， 測量系統將面臨需要重新設計的情況。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是為多點測量值的平均值計算提供一種解決方案，即能夠自動判 斷、計算多個變送器電流的平均值并輸出的裝置。
[0004] 為了實現上述目的，本發明一方面提供了 一種自適應變送器電流平均值裝置，由 取樣電路、平均值計算電路、電流變送電路、電源電路組成。
[0005] 所述電源電路由雙極性電源電路和變送器輸出電源電路組成；所述雙極性電源電 路輸入直流供電電源，輸出雙極性電源；所述變送器輸出電源電路輸入直流供電電源，輸出 變送器輸出電源。雙極性直流電源與直流供電電源共地；變送器輸出電源地端與公共地不 連接且相互電氣隔離。
[0006] 所述取樣電路有/?條結構與參數相同的取樣支路，包括取樣支路1 一 /?，/?為大于 等于2的整數；每條取樣支路設有1個電流輸入端，每個電流輸入端都可以接入1個變送器 電流環路； 設i為大于等于1、小于等于的整數，取樣支路i設有電流輸入端Ii和取樣電壓輸出 端Vi、開關控制信號輸出端SWi。
[0007] 所述平均值計算電路由和反相加法電路、反相比例電路組成。
[0008] 所述反相加法電路由運放H)l、加法器輸入電路、加法器反饋電路組成。
[0009] 所述加法器輸入電路共有條結構與參數相同的加法器輸入支路，包括加法器輸 入支路1 一 /7;所述加法器反饋電路共有條結構與參數相同的加法器反饋支路，包括加法 器反饋支路1 一 /?。
[0010] 所述加法器輸入支路i由電阻RiA、電阻RiB、可控開關SWiA組成；電阻RiA、電阻 RiB、可控開關SWiA的一端聯結為結點，電阻RiA的另外一端連接至取樣電壓輸出端Vi，電 阻RiB的另外一端連接至運放R)1的負輸入端，可控開關SWiA的另外一端連接至公共地。
[0011] 所述加法器反饋支路i由電阻Ric、電阻RiD、可控開關SWiB組成；電阻RiC、電阻 RiD、可控開關SWiB的一端聯結為結點，電阻RiC的另外一端連接至運放R)1的負輸入端， 電阻RiD的另外一端連接至運放H)1的輸出端，可控開關SWiB的另外一端連接至公共地。
[0012] 所述可控開關SWiA設有控制端CiA，可控開關SWiB設有控制端CiB。
[0013] 所述運放H)1的正輸入端連接至公共地。
[0014] 所述反相比例電路的輸入端連接至運放H)1的輸出端，所述反相比例電路的輸出 端設為平均值電壓輸出端。
[0015] 所述電流變送電路設有變送電壓輸入端和平均值電流變送輸出端；所述變送電壓 輸入端連接至平均值電壓輸出端。
[0016] 所述運放H)1由雙極性電源供電。
[0017] 所述反相比例電路由比例運放F02和電阻R01、電阻R02組成；所述比例運放R)2 由雙極性電源供電。
[0018] 所述取樣支路由取樣電阻Ri、運放FiA、運放FiB組成；取樣電阻Ri串聯在輸入電 流Ii回路中,其電流Ii流出端連接至公共地；運放FiA的負輸入端與輸出端連接；取樣電 阻Ri的電流Ii流入端連接至運放FiA的正輸入端；運放FiA的輸出端設為取樣電壓輸出 端Vi;運放FiB的正輸入端連接至比較電壓閾值輸入端VREF，負輸入端連接至取樣電壓輸 出端Vi，輸出端設為開關控制信號輸出端SWi;所述運放FiA、運放FiB由雙極性電源供電。 [0019] 本發明另一方面提供了一種自適應變送器電流平均值實現方法，包括 ： 所述比較電壓閾值對應一個電流閾值，電流閾值與比較電壓閾值是正比例關系。
[0020] 所述取樣支路i的取樣輸出電壓Vi與輸入電流Ii之間為正比例關系。
[0021] 所述取樣支路i的輸入電流Ii大于電流閾值時，開關控制信號SW2有效；輸入電 流Ii小于等于電流閾值時，開關控制信號SWi無效。
[0022] 所述開關控制信號SWiW效時，可控開關SWiA、可控開關SWiB斷開；所述開關控 制信號SWi無效時，可控開關SWiA、可控開關SWiB導通。
[0023] 所述電流輸入端接入的輸入電流有效范圍是4_20mA。
[0024] 本發明與現有技術相比，其有益效果是：需要計算平均值的變送器電流數量，可以 是所述裝置最大輸入端子數量之內的任意值；需要計算平均值的多個變送器電流，可以任 意選擇輸入端接入；所述裝置采用電路運算方式計算多個變送器電流的平均值并直接輸 出，輸出響應快；當有輸入變送器電流環路開路時，所述裝置能夠自動計算剩余有效工作的 變送器電流的平均值。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明的結構框圖。
[0026] 圖2為本發明的取樣電路實施例1。
[0027] 圖3為本發明的取樣電路實施例2。
[0028] 圖4為本發明的平均值計算電路圖。
[0029] 圖5為本發明的電流變送電路圖。
[0030] 圖6為本發明的電源電路圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 于此。
[0032] 本發明的結構框圖如圖1所示，一種自適應變送器電流平均值裝置，由取樣電路、 平均值計算電路、電流變送電路、電源電路組成。
[0033]取樣電路實施例1如圖2所示。
[0034] 取樣電路共有/?條取樣支路，/?為大于等于2的整數。每條取樣支路設有1個電 流輸入端，每個電流輸入端都可以接入1個變送器電流環路。電流輸入端接入電流的有效 范圍是4-20mA。所述取樣電路共有個電流輸入端，即所述裝置有個電流輸入端。
[0035] 圖2中僅畫出取樣支路1、取樣支路2和取樣支路/?。取樣支路i設有電流輸入端 Ii和取樣電壓輸出端Vi、開關控制信號輸出端SWi，i為大于等于1、小于等于/?的整數。例 如，取樣支路1設有電流輸入端II和取樣電壓輸出端VI、開關控制信號輸出端SW1。
[0036] 取樣電路還包括有比較電壓閾值電路，比較電壓閾值電路設有比較電壓閾值端 VREF〇
[0037] 所有取樣支路的結構與參數均相同。以取樣支路1為例：取樣支路1由取樣電阻 R1、運放F1A、運放F1B組成；取樣電阻R1串聯在輸入電流11回路中，其電流11流出端連 接至公共地；運放F1A的負輸入端與輸出端連接，構成跟隨器；取樣電阻R1的電流II流入 端連接至運放F1A的正輸入端，運放F1A的輸出端設為取樣電壓輸出端VI;運放F1B是比 較器，其正輸入端連接至比較電壓閾值端VREF，負輸入端連接至取樣電壓輸出端VI，輸出 端設為開關控制信號輸出端SW1 ;運放F1A、運放F1B由雙極性電源供電。
[0038] 在圖2中，取樣電阻Ri直接連接至電流輸入端Ii的變送器電流流入端子和電流 流出端子，適合電流輸入端接入的變送器電流環路是采用四線制或三線制供電的情況。
[0039] 取樣電路實施例2如圖3所示。
[0040] 圖3適合電流輸入端接入的變送器電流環路采用二線制供電的情況。取樣支路i的取樣電阻Ri與直流供電電源VDD串聯后，分別連接至電流輸入端Ii的電流流入端子和 電流流出端子。圖2與圖3中，取樣電阻Ri都串聯在輸入電流Ii回路中。
[0041] 平均值計算電路如圖4所示。
[0042] 平均值計算電路由和反相加法電路、反相比例電路組成。
[0043] 反相加法電路由運放H)l、加法器輸入電路、加法器反饋電路組成。
[0044] 加法器輸入電路共有/?條結構與參數相同的加法器輸入支路，包括加法器輸入支 路1 一 /?。以加法器輸入支路1為例：其由電阻R1A、電阻R1B、可控開關SW1A組成；電阻 R1A、電阻R1B、可控開關SW1A的一端（A)聯結為結點11，電阻R1A的另外一端連接至取樣 電壓輸出端VI，電阻R1B的另外一端連接至運放F01的負輸入端，可控開關SW1A的另外一 端（B)連接至公共地；可控開關SW1A還設有控制端CIA(C)。
[0045] 加法器反饋電路共有條結構與參數相同的加法器反饋支路，包括加法器反饋支 路1 一 /?。以加法器反饋支路1為例：其所述加法器反饋支路由電阻R1C、電阻R1D、可控開 關SW1B組成；電阻R1C、電阻R1D、可控開關SW1B的一端（A)聯結為結點12,電阻R1C的另 外一端連接至運放H)1的負輸入端，電阻R1D的另外一端連接至運放F01的輸出端，可控開 關SW1B的另外一端（B)連接至公共地；可控開關SW1B還設有控制端C1B(C)。
[0046] 運放R)1的正輸入端連接至公共地。
[0047] 反相比例電路由比例運放R)2、電阻R01、電阻R02組成，其輸入端連接至運放R)1 的輸出端、輸出端設為平均值電壓輸出端V0UT。
[0048] 運放R)l、運放R)2由雙極性電源供電。
[0049] 電流變送電路設有變送電壓輸入端VIN和平均值電流變送輸出端I0UT，變送電壓 輸入端VIN連接至平均值電壓輸出端V0UT。
[0050] 電流變送電路如圖5所示，由電流變送器XTR和三極管V01、電容C01、電阻R03組 成，電流變送器XTR選擇電流環路發送器XTR117。
[0051] 電阻R03的一端是變送電壓輸入端VIN且連接至平均值電壓輸出端V0UT，另外一 端連接至電流變送器XTR的電流輸入端Iin;電流變送器XTR的輸入電流返回端IRET連接 至公共地GND;三極管V01的集電極、基極、發射極分別連接至電流變送器XTR的電壓輸入 端U+、基極端B、發射極端E;電容C01的兩端并聯至電流變送器XTR的電壓輸入端U+、變送 電流輸出端lout;電流變送器XTR的電壓輸入端U+連接至變送器輸出電源VDD1 ;電流變 送器XTR的變送電流輸出端lout和變送器輸出電源地端GND1構