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集成化精密电流变送器的原理与应用

导读: 集成电流变送器亦称电流环电路。本文首先介绍了XTR系列集成电流变送器的产品分类及主要特点,然后阐述了XTR115的工作原理,最后介绍了XTR115及XTR101的典型应用。

  引言

 

  集成电流变送器亦称电流环电路,根据转换原理的不同可划分成以下两种类型:一种是电压/电流转换器,亦称电流环发生器,它能将输入电压转换成4~20mA的电流信号(典型产品有1B21,1B22,AD693,AD694,XTR101,XTR106和XTR115);另一种属于电流/电压转换器,也叫电流环接收器(典型产品为RCV420)。上述产品可满足不同用户的需要。

 

  

 

  XTR系列是美国BB(BURR-BROWN)公司生产的精密电流变送器,该公司现已并入TI公司。该系列产品包括XTR101,XTR105,XTR106,XTR110,XTR115和XTR116共6种型号。其特点是能完成电压/电流(或电流/电流)转换,适配各种传感器构成测试系统、工业过程控制系统、电子秤重仪等。

 

  1 XTR系列产品的分类及性能特点

 

  XTR系列精密电流变送器产品的分类及主要特点详见表1。

 

  表1 XTR系列产品的分类及主要特点

  

 

  2 XTR115型电流变送器的工作原理

 

  2.1 性能特点

  1)它属于二线制电流变送器,内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源。XTR115可将传感器产生的40~200μA弱电流信号放大100倍,获得4~20mA的标准输出。当环路电流接近32mA时能自动限流。如果在脚3与脚5之间并联一只电阻,就可以改变限流值。

  2)芯片中增加了+5V精密稳压器,其输出电压精度为±0.05%,电压温度系数仅为20×10-6/℃,可给外部电路(例如前置放大器)单独供电,从而简化了外部电源的设计。

  3)精度高,非线性误差小。转换精度可达±0.05%,非线性误差仅为±0.003%。

  4)环路电源电压的允许范围宽,Us=7.5~36V。XTR115由环路电源供电。工作温度范围是-40℃~+85℃。

  5)专门设计了功率管接口,适配外部NPN型功率晶体管,它与内部输出晶体管并联后可降低芯片的功耗。

 

  

 

  2.2 工作原理

  XTR115采用SO-8小型化封装,其内部电路框图及基本应用电路如图1所示。U+为电源端,接环路电源。UREF为2.5V基准电压输出端。II端接输入电流。IRET为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端,可作为输入电路的公共地。OUT为4~20mA电流输出端。UREG为+5V稳压器的输出端。B和E端为外部功率管的接口,分别接功率管的基极(B)和发射极(E)。功率管的集电极(C)接U+端。芯片内部主要包括输入放大器(A),电阻网络,输出晶体管(VT1),2.5V基准电压源和+5V稳压器。RLIM为内部限流电阻。外围元器件主要有输入电阻(RI),功率管(VT2),环路电源(Us)和负载电阻(RL)。输入电压UI先经过RI转换成输入电流II,再经过XTR115放大后从OUT端输出4~20mA的电流信号。为减小失调电压以及输入放大器的漂移量,要求UI》0.5V。输出电流与输入电流、输入电压的关系由式(1)确定。

  Io=100II=100UI/RI(1)

 

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