工廠企業在實施計算機控制時,不少運行設備的電機電流需要在微機顯示屏上顯示,電流變送器就是將電流互感器輸出的0～5A交流電流變成4～20mA直流信號供計算機採樣、讀寫,其直線方程為:Io=3.2A+4(mA).
筆者製作的多路電流變送器已應用於生產中,現將其中任意一路原理(圖1)介紹如下.圖中"1"為隔離取樣電路,CT1是次級為0～5A的電流互感器,其K2端接大地(設備外殼).由於計算機採樣信號線端子與設備外殼存在一定的電位差,必須用CT2隔離.CT2可用0～50、0～75或0～100A等廢舊電流表內的小型電流互感器代替,亦可自制,方法是先用Φ0.1mm漆包線在截面為8mm×9mm高矽片鐵芯上繞3500匝作為次級,用Φ1.2mm漆包線繞6匝作為初級,R0為取樣電阻,調整R0(約幾百歐)使初級電流為0～5A時,B點對地(用數字萬用表測量)應有0～5A交流電壓即可.
初級電流可用調壓變壓器配50VA左右低壓變壓器獲得,如圖2.
"2"為運放組成的全波整流電路,優點是可以減少二極體壓降和非線性影響.當B點處於正半周時,信號的一路從A1反相端輸入,在A1①腳輸出負半周波形,再經D2送入A2反相端,在A2⑦腳R5/R7=2倍的正半周波形,信號的另一路經R6從A2反相端輸入,在⑦腳得到R5/R6=1倍的負電壓,兩種電壓合成后在A2⑦腳仍為1倍之正電壓;當B點處於負半周時,從A1①腳輸出的正半周由於D2的存在不能通過,只能經R6進入A2反相輸入端,並在A2⑦腳得到相同之正半周,兩個正半周經C1濾波后得到平坦之直流電壓.
"3"為比例放大器,理想情況是在A2⑦腳獲得0～5A直流電,但由於運算放大器和電阻差異,⑦腳電壓有兩種情況:一是偏低,需通過A3稍作放大,調整R9,可得≥1倍的放大后電壓;另一種情況是偏高,可通過增加分壓電阻取得,見圖3,此時取R9=0.
"4"為由A4組成的差分放大器,由於R15接15V,則A4輸出V{14}=(1+R12/R13)[R15/(R14+R15)]×15-(R12/R13)V8,令R12～R15=10KΩ,則V{14}=15-V8,因為三極體T1的發射極和基極之電位差VEB=15-V{14},所以代入上式得VEB=V8.
"5"為恆流源,當使用同一電源而有幾路電流變送器時,其製作必須考慮兩種情況:
一是當計算機採樣電路採用共陰極,即每組電流信號線中有一根是公共連線且接地時,可按圖1製作,此時恆流管T1用PNP擔任,其原理為當VCE有較高電壓時,流過集電極電流基本取決於VBE之間電壓,輸出負載允許阻值為RCE/20MA=750Ω,而從變送器到微機採樣之間導線阻值一般為幾歐,對輸出無影響,這就達到了恆流.恆流取樣電阻R18=5V/20MA=250Ω,考慮到T1壓降等因素採用240Ω,R17為負反饋電阻,調整R17使交流為零時,輸出4MA起始電流.
二是當計算機採樣電路採用共陽極,即每組信號有一根公共連線接正電壓時,應按圖4增加T2,此時將R18改為2.4KΩ,並增加R19=2.4KΩ,T1由電流型輸出改為電壓型經T2基極用NPN倒相后輸出,R16亦應改為16KΩ.
