电流变送器实验

题  目：电流变送器

专业班级：电科四班

姓    名:  张晓婷

学    号：2220092682

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LMN324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LMN324和晶体三极管实现。

三 技术指标：

1、电阻变化量：0－１k欧姆

    2、电流输出：4-20mA

    3、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LMN324，要求通过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4mA－20mA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4mA－20mA。

两线制温度变送器具有以下优点：１）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U2B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=250Ω    Rf=10ΚΩ

R3=250Ω    Rs=10ΚΩ

                    V1=-1ν

所以整理后的电阻电流关系式为:

Io=4*(1+Rt/250)  mA

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/RL

实物电路实验数据

七 小结：

电流变送器亦称电流环路，能将输入信号转化为4mA－20mA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；4mA－20mA电流变送器的功能是将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LMN324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