高精度多功能模擬信號隔離變換器及其變換方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模擬信號隔離變換器。
【背景技術】
[0002] 在發明名稱為"機車壓力變換器"的第CN200820167253. 8號中國實用新型專利申 請中公開一種機車壓力變換器，其包括帶壓力敏感元件的頭部組件、信號處理電路、電氣輸 出接頭、機械接口和外殼，所述的壓力敏感元件為陶瓷敏感元件。由于采用陶瓷傳感器，其 沒有液體的傳遞作用，無任何填充液，不會產生污染，且電氣絕緣程度好，輸出信號強，長期 穩定性好；由于電氣輸出接頭連接在外殼中部，減小了整個壓力變換器的長度，因此可用于 較短的空間中；由于頭部組件的頭部連接緩沖螺桿，因此能夠起到緩沖作用，防止頭部因沖 力過大而損壞。
[0003] 在發明名稱為"一種核級溫度變換器"的第CN200420033762. 3號中國實用新型 專利申請中公開一種核級溫度變換器，包括接線盒、置于接線盒內的變換器電路板，其特點 是：變換器電路板的信號傳輸線，通過與所述接線盒依次相連接的防水接頭和密封金屬軟 管引出，置于密封金屬軟管另一端的防水接頭與設備相接；在接線盒連傳感器的端口置有 密封接頭。防水接頭的端部有一外凸的球型接頭，接線盒連接端有一凹狀球面，外凸球型接 頭和凹狀球面由緊固件六角螺母緊固貼合。密封接頭在接線盒的端口置有凹槽，凹槽內置 有金屬密封圈，接線盒端口與密封螺母相連接。本實用新型的積極效果是：防水接頭的球面 密封獨特設計，密封接頭中的端口凹槽，凹槽內的金屬密封圈，使儀表密封性好，耐高溫、耐 高壓、耐潮濕、抗輻照性能好，適用于核電工況條件。
[0004] 在發明名稱為"整體式電容物位變換器"的第CN200620047337. 9號實用新型專利 申請中公開了一種整體式電容物位變換器，其特點是變換器不帶指示儀表，它的電子轉換 器外殼與傳感器是整體結構，電子轉換器的外殼焊接在傳感器連接件的端面上。其優點是： 結構簡單，零件少，體積小，成本低，防水防腐防爆，適用范圍廣，特別適用于無須現場顯示 測量值的小型被測容器，以及安裝空間狹窄、安裝地環境惡劣（潮濕、灰塵等）或有防爆要 求的場合。
[0005] 由于工業現場的環境條件是很復雜的，各種干擾包括天體放電干擾、電磁電火花 放電干擾、電氣設備頻率干擾、感應干擾通過不同的耦合方式如電容耦合、電磁耦合、共阻 抗耦合、漏電流耦合而進入測量系統，使測量結果偏離準確值，嚴重時會讓測量系統不能工 作，因此要對工業信號進行干擾抑制，也就是采取隔離措施。隔離就是破壞干擾途徑、切斷 干擾耦合通道，從而達到抑制干擾的一種技術措施。另一方面，工業現場信號種類繁多，需 要將各種物理量轉換成標準的工業控制信號：比如溫度信號轉換成4-20mA信號，交流800V 電壓信號轉換成0-10V信號、直流1A電流信號轉換成0-5V信號等。隔離放大器起到信號標 準化及信號轉換放大作用、遠傳作用、保安作用等。現有的信號隔離變換器的連接如圖1所 示，現場各種模擬傳感器連接信號隔離變換器，信號隔離變換器連接PLC、DCS等處理系統。
[0006] 上述現有技術均不能適應在復雜工況下應用，并不具備高抗干擾能力、高電氣性 能如高轉換精度等、低發熱量的特點。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，可實現在復雜工況 下應用、_抗干擾能力、_電氣性能如轉換精度并可減少發熱量、提_壽命和減少制造成 本。
[0008] 根據本發明的一方面提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，包括：寬輸入 電源模塊、多功能輸入模塊、處理模塊、輸出模塊和運算放大器；所述寬輸入電源模塊與多 功能輸入模塊、處理模塊和輸出模塊相連接；其中，寬輸入電源模塊包括寬輸入電源電路； 多功能輸入模塊包括多功能輸入電路；處理模塊包括數據采樣電路、標么化電路、信號變換 電路；輸出模塊包括電壓輸出電路和電流輸出電路；內部各類信號通過所述標么化電路標 幺化成電壓統一信號，通過DIP開關實現電壓輸出和電流輸出，運算放大器用于電氣隔離。
[0009] 寬輸入電源電路包括寬電壓輸入電源、配備在輸入端的全控整流電路、第一集成 電源、第二集成電源，各單元電源完全隔離。
[0010] 多功能輸入電路包括一組雙列直插式（Double In-line Package, DIP)開關和不 同阻值的一組輸入電阻，以滿足不同類型信號輸入的要求。
[0011] 標么化電路包括集成芯片、調偏電位器、運算放大器；集成芯片實現內部各類信號 標幺化成電壓統一信號，運算放大器實現電氣隔離。
[0012] 信號變換電路包括第一參考電平電路、第二參考電平電路、第三參考電平電路、一 組電阻，以實現輸入信號量程到要求輸出信號量程的轉換。
[0013] 電壓/電流輸出電路包括第一集成塊、第二集成塊、第三集成塊、功率輸出管及 DIP開關，以實現電壓輸出和電流輸出。
[0014] 根據本發明另一方面提供一種高精度多功能模擬信號隔離變換方法，采用上述高 精度多功能模擬信號隔離變換器實施，該高精度多功能模擬信號隔離變換器包括寬輸入電 源電路、多功能輸入電路、數據采樣電路、標么化電路、信號變換電路、電壓輸出電路、電流 輸出電路；該變換方法包括：
[0015] 多種模擬量信號輸入：多種模擬量信號通過多功能輸入電路將使各種物理量轉換 成標準的工業控制信號；
[0016] 模擬量信號判斷識別：對涉及的不同的模擬量信號進行識別判斷；
[0017] 數據采樣：通過數據采樣電路確定不同模擬量信號采集的頻道即周期，同時對采 用的次數進行確定，對當前的模擬量信號采集；
[0018] 模擬量轉換：通過信號變換電路和標么化電路對于任何類型的輸入信號，在內部 進行同電平處理即標么化處理，以將內部各類信號轉換成穩定的電壓信號；
[0019] 信號還原處理：實現輸入信號量程到要求輸出信號量程的轉換；
[0020] 輸入可編程邏輯控制器（PLC):通過輸出模塊的電壓輸出電路、電流輸出電路和 DIP開關實現電壓輸出和電流輸出到PLC中。
[0021] 各種物理量轉換成標準的工業控制信號包括將溫度信號轉換成4-20mA信號、交 流800V電壓信號轉換成0-10V信號、直流1A電流信號轉換成0-5V信號
[0022] 模擬量轉換是通過集成芯片、調偏電位器、運算放大器實現。
[0023] 本發明的有益效果是：可適合復雜工況應用；提高抗干擾能力；提高電氣性能如 轉換精度；制造成本低；耗能少。
【附圖說明】
[0024] 圖1是現有的信號隔離變換器在系統中的連接示意圖：
[0025] 圖2是本發明一個實施例的高精度多功能模擬信號隔離變換器的系統圖；
[0026] 圖3是圖2所示實施例中的寬輸入電源電路圖；
[0027] 圖4是圖2所示實施例中的多功能輸入電路圖；
[0028] 圖5是圖2所示實施例中的標幺化電路圖；
[0029] 圖6是圖2所示實施例中的信號變換電路圖；
[0030] 圖7是圖2所示實施例中的電壓輸出電路圖；
[0031] 圖8是圖2所示實施例中電流輸出電路圖；
[0032] 圖9是本發明的高精度多功能模擬信號隔離變換方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033] 為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具 體實施方式作詳細說明。首先需要說明的是，本發明并不限于下述【具體實施方式】，本領域的 技術人員應該從下述實施方式所體現的精神來理解本發明，各技術術語可以基于本發明的 精神實質來作最寬泛的理解。圖中相同或相似的構件采用相同的附圖標記表示。
[0034] 如圖2所示，本發明一個實施例的一種高精度多功能模擬信號隔離變換器，包括： 寬輸入電源模塊、多功能輸入模塊、處理模塊、輸出模塊和運算放大器，寬輸入電源模塊與 多功能輸入模塊、處理模塊和輸出模塊相連接。
[0035] 寬輸入電源模塊包括寬輸入電源電路。多功能輸入模塊包括多功能輸入電路。處 理模塊包括數據采樣電路、標么化電路、信號變換電路；輸出模塊包括電壓輸出電路和電流 輸出電路。內部各類信號通過所述標么化電路標么化成電壓統一信號，通過DIP開關實現 電壓輸出和電流輸出，運算放大器用于電氣隔離。
[0036] 如圖3所示，寬輸入電源電路包括寬電壓輸入電源1、配備在輸入端的全控整流電 路2、第一集成電源3、第二集成電源4,各單元電源完全隔離。
[0037] 如圖4所不，多功能輸入電路包括一組雙列直插式（DIP)開關5和不同阻值的一 組輸入電阻6,以滿足不同類型信號輸入的要求。
[0038] 如圖5所示，標么化電路包括集成芯片7、調偏電位器8、運算放大器9 ;集成芯片 實現內部各類信號標么化成電壓統一信號，運算放大器實現電氣隔離。