交直流通用的电压真有效值变送器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种交直流通用的电压真有效值变送器，包括电压信号采样模块、真有效值转换模块、信号隔离模块、信号调理模块和信号变送输出模块及为电压信号采样模块、真有效值转换模块及信号隔离模块输入侧提供工作电压的前级电源模块和为信号隔离模块输出侧、信号调理模块及信号变送输出模块提供工作电压的后级电源模块，待测电压信号经电压信号采样模块、真有效值转换模块和信号隔离模块的输入端相连，信号隔离模块的输出端经信号调理模块、信号变送输出模块和电压变送输出接线端子相连。本发明能测量宽频电压幅值，尤其能测量发电机启动阶段的低频电压信号，能对发电机从启动到稳定工作过程进行全面监控，交直流信号通用，测量准确，使用领域广。
【专利说明】交直流通用的电压真有效值变送器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变送器，尤其涉及一种交直流通用的电压真有效值变送器。
【背景技术】
[0002]目前，常规交流电压变送器往往采用电压互感器方式进行信号采样，而常规电压互感器对于采样信号的频率是有限制的，频率太低或太高均无法正常工作，受制于这些原因，常规交流电压变送器的输入信号频率一般局限在45Hz到55Hz。而发电机从启动到稳定运行是需要一定时间的，发电机启动后，轮机转速会从零逐渐往上升，相应的电压频率也会逐渐上升，直到最后稳定到50Hz左右。因此在发电机刚启动时，电压频率是非常低的，甚至不到5Hz，故常规的电压变送器无法测量发电机启动阶段的低频电压信号，无法对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决原有电压变送器的输入信号电压频率局限于较窄的频率范围，无法测量发电机启动阶段的低频电压信号，无法对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控的技术问题；提供一种交直流通用的电压真有效值变送器，其能测量频率变化范围较大的电压信号，尤其能测量发电机启动阶段的低频电压信号，能对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控，并且交直流信号通用。
[0004]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明包括电压信号采样模块、真有效值转换模块、信号隔离模块、信号调理模块和信号变送输出模块及为变送器提供工作电压的前级电源模块和后级电源模块，电压信号采样模块的输入端和待测电压信号相连，电压信号采样模块的输出端和真有效值转换模块的输入端相连，真有效值转换模块的输出端和信号隔离模块的输入端相连，信号隔离模块的输出端和信号调理模块的输入端相连，信号调理模块的输出端和信号变送输出模块的输入端相连，信号变送输出模块的输出端和变送器的电压变送输出接线端子相连，前级电源模块的输出端分别和所述的电压信号采样模块、真有效值转换模块的工作电压输入端及信号隔离模块输入侧的工作电压输入端相连，后级电源模块的输出端分别和所述的信号隔离模块输出侧的工作电压输入端及信号调理模块、信号变送输出模块的工作电压输入端相连。待测电压信号(如发电机启动过程中的电压信号)的高端和低端连接到电压信号采样模块的两个输入端，额定幅值量程范围内且频率为O?2000Hz的电压经电压信号采样模块处理，输出满足真有效值转换模块额定幅值范围的电压信号，此电压信号再由真有效值转换模块转换为相应的直流电压信号输出，并且真有效值转换模块还在电压输入信号为零时提供直流信号。真有效值转换模块输出的直流电压信号经信号隔离模块输送给信号调理模块，能够有效地物理隔离信号隔离模块的输入信号和输出信号，从而有效地减少两个信号间的相互干扰。信号调理模块对输入的电压进行调理，再经信号变送输出模块的处理，转换成电流信号变送输出。在信号调理模块和信号变送输出模块一起作用下，使输入给信号调理模块的电压信号的零值和100%额定满度信号分别转换为4mADC和20mADC，从而使电压输入信号从零到额定幅值满度值线性增长时，4?20mADC输出信号也随着线性增长，实现电压真有效值的变送输出。本发明能测量频率在O?2000Hz范围内变化的电压信号，因此能测量发电机启动阶段的低频电压信号，能对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控，并且交直流信号通用。本技术方案中，采用前级电源模块和后级电源模块分开给相应电路模块供电，前级电源模块和后级电源模块相互隔离，起到更好的电源隔离作用，大大减少干扰，提高电压测量的准确性和可靠性。
[0005]作为优选，所述的电压信号采样模块包括压敏电阻P1、压敏电阻P2、电感L1、电感L2、电阻Rl?电阻R4、稳压管Dl、稳压管D2和电容Cl、电容C2，压敏电阻Pl的两端分别和所述的待测电压信号的两端相连，压敏电阻Pl的一端经电感LI和电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端经电阻R2及电阻R3输出采样电压IN-V，压敏电阻Pl的另一端经电感L2和所述的前级电源模块的输出地端GND相连，电感LI和电阻Rl的并接点经电容C2和前级电源模块的输出地端GND相连，前级电源模块的输出地端GND经电容Cl接地，采样电压IN-V和前级电源模块的输出地端GND之间连接有电阻R4和压敏电阻P2的并联电路，稳压管Dl的负极和稳压管D2的负极相连，稳压管Dl的正极接采样电压IN-V，稳压管D2的正极和前级电源模块的输出地端GND相连。压敏电阻P1、压敏电阻P2也叫突波吸收器。频率为O?2000Hz的待测电压信号经过电压信号采样模块的过滤和电阻分压后，输出满足真有效值转换模块额定幅值范围的采样电压IN-V。
[0006]作为优选，所述的真有效值转换模块包括真有效值模拟器U1、电阻R9、电容C4和电解电容C3，真有效值模拟器Ul的信号输入端Vin既经电阻R9和所述的电压信号采样模块的输出端相连又经电容C4和所述的前级电源模块的输出地端GND相连，真有效值模拟器Ul的工作电压正端+VS及工作电压负端-VS分别和所述的前级电源模块的输出正端VA+及输出负端VA-相连，真有效值模拟器Ul的工作电压正端+VS和电解电容C3的正极相连，电解电容C3的负极和真有效值模拟器Ul的连接端Cav相连，真有效值模拟器Ul的连接端COM及连接端RL均和所述的前级电源模块的输出地端GND相连，真有效值模拟器Ul的连接端BUF IN和真有效值模拟器Ul的电流输出端1ut相连，真有效值模拟器Ul的管脚BUFOUT输出等效电平Ueq给所述的信号隔离模块的输入端。真有效值模拟器能够有效的处理宽频率及比较复杂的波形信号，是交/直流宽频率电压幅值测量的核心。通过真有效值模拟器实现电压真有效值到等效直流电平的转换，可以保证对失真正弦波和非正弦波信号测量的准确性，能计算交流和直流信号，其测量带宽为300K (信号大于10mV)，实现了输入信号交直流通用和宽频信号测量的目的。
[0007]作为优选，所述的信号隔离模块包括运放U2和线性光耦U3，运放U2的反相输入端，一路经电阻RlO和所述的真有效值转换模块的输出端相连，另一路经电阻Rll与电阻R14和所述的前级电源模块的输出正端VA+相连，还有一路和线性光耦U3的反馈负极相连，电阻Rll和电阻R14的并接点和稳压块T2的阴极及电解电容Cll的正极相连，稳压块T2的阳极及电解电容Cll的负极接前级电源模块的输出地端GND，运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间连接有电容C5，运放U2的同相输入端接前级电源模块的输出地端GND，运放U2的工作电压和所述的前级电源模块的输出端相连，运放U2的输出端经电阻R20和线性光耦U3的输入负极相连，线性光耦U3的输入正极及线性光耦U3的反馈正极均和前级电源模块的输出地端GND相连，线性光耦U3的输出正极和所述的后级电源模块的输出地端AGND相连，线性光耦U3的输出负极和所述的信号调理模块的输入端相连。通过设置线性光耦，实现变送器的输入信号和输出信号之间的有效物理隔离，从而有效地减少两个信号间的串扰。
[0008]作为优选，所述的信号调理模块包括运放U4、可调电阻VRl和可调电阻VR2，所述的信号隔离模块的输出端和运放U4的反相输入端相连，运放U4的同相输入端和所述的后级电源模块的输出地端AGND相连，运放U4的反相输入端和电阻R18、电阻R17、电阻R15及电容C12的一端相连，电阻R18的另一端经电阻R19接后级电源模块的输出正端VB+，电阻R17的另一端和可调电阻VRl的可调端相连，稳压块Tl的负极、电解电容C6的正极及可调电阻VRl的一个固定端和电阻R18与电阻R19的并接点相连，稳压块Tl的正极、电解电容C6的负极及可调电阻VRl的另一个固定端和后级电源模块的输出地端AGND相连，电阻R15的另一端和可调电阻VR2的一个固定端相连，可调电阻VR2的另一个固定端和可调电阻VR2的可调端并接并且和电容C12的另一端并接后再和运放U4的输出端相连，运放U4的工作电压和所述的后级电源模块的输出端相连，运放U4的输出端经电阻R21输出电压Ud给所述的信号变送输出模块，电压Ud和后级电源模块的输出地端AGND之间连接有电容C8。信号调理模块主要对输入电压信号进行调整，对信号的零点及满度值进行校准，为最终的电流变送输出提供合适的电平。通过分别调节信号调理模块中的零点电位器和满度电位器，使输入到信号调理模块的零值和100%额定满度信号经信号调理模块和信号变送输出模块处理后分别转换为4mADC和20mADC直流电流信号，从而使电压输入信号从零到额定幅值满度值线性增长时，4?20mADC电流变送输出信号也随着线性增长。
[0009]作为优选，所述的信号变送输出模块包括运放U5、运放U6、压敏电阻P3、压敏电阻P4和三极管Q1，运放U5及运放U6的工作电压分别和所述的后级电源模块的输出端相连，运放U6的参考地端和所述的后级电源模块的输出地端AGND相连，运放U5的同相输入端和所述的信号调理模块的输出端相连，运放U5的反相输入端和运放U5的输出端之间连接有电容C9，运放U5的输出端经电阻R22和三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极经电阻R23和后级电源模块的输出正端VB+相连，三极管Ql的发射极和运放U6的同相输入端相连，运放U5的反相输入端经电阻R5和运放U6的输出端相连，运放U6的同相输入端经电阻R26及电阻R27和电解电容C7的正极相连，运放U6的反相输入端，一路和电阻R26与电阻R27的并接点相连，另一路经压敏电阻P4和电解电容C7的负极相连，压敏电阻P3和电解电容C7并联，电解电容C7的两端分别输出信号AOUT+和信号AOUT-到所述的变送器的电压变送输出接线端子。经信号变送输出模块处理，将输入的电压信号转换成直流电流信号变送输出，确保输出不受外部负载影响的直流信号。电压变送输出接线端子再连接到带有负载的电压表、数显表等测量和显示电压值的设备上，就能让使用者观察到待测电压值及其变化情况，从而可对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控。
[0010]作为优选，所述的前级电源模块包括压敏电阻P5A、压敏电阻P6A、电感LlA?电感L4A、保险丝FUSEA、电源转换模块T1A、高压电容C1A、高压电容C2A和电解电容C3A?电解电容C6A，压敏电阻P5A的两端分别和变送器的第一输入电源的两端相连，压敏电阻P5A的一端经电感LlA和压敏电阻P6A的一端及保险丝FUSEA的一端相连，保险丝FUSEA的另一端和电源转换模块TlA的电源输入端VIN相连，压敏电阻P5A的另一端经电感L2A和压敏电阻P6A的另一端及电源转换模块TlA的接地端相连，高压电容ClA连接在电源转换模块TlA的电源输入端VIN和电源转换模块TlA的电源输出正极端+VO之间，高压电容C2A连接在电源转换模块TlA的接地端和电源转换模块TlA的电源输出负极端-VO之间，电源转换模块TlA的电源输出正极端+VO经电感L3A输出电压VA+，电源转换模块TlA的电源输出负极端-VO经电感L4A输出电压VA-，电感L3A的两端分别和电解电容C3A的正极、电解电容C4A的正极相连，电解电容C3A的负极、电解电容C4A的负极均和电源转换模块TlA的电源输出地端OV相连构成前级电源模块的输出地端GND，电感L4A的两端分别和电解电容C5A的负极、电解电容C6A的负极相连，电解电容C5A的正极、电解电容C6A的正极均和电源转换模块TlA的电源输出地端OV相连。变送器的第一输入电源为直流24V电源，前级电源模块将直流24V电源转换成直流电压VA+和直流电压VA-输出，为电压真有效值变送器中的信号隔离模块输入侧及电压信号采样模块、真有效值转换模块提供工作电压。
[0011]作为优选，所述的后级电源模块包括压敏电阻P5B、压敏电阻P6B、电感LlB?电感L4B、保险丝FUSEB、电源转换模块T1B、高压电容C1B、高压电容C2B和电解电容C3B?电解电容C6B，压敏电阻P5B的两端分别和变送器的第二输入电源的两端相连，压敏电阻P5B的一端经电感LlB和压敏电阻P6B的一端及保险丝FUSEB的一端相连，保险丝FUSEB的另一端和电源转换模块TlB的电源输入端VIN相连，压敏电阻P5B的另一端经电感L2B和压敏电阻P6B的另一端及电源转换模块TlB的接地端相连，高压电容ClB连接在电源转换模块TlB的电源输入端VIN和电源转换模块TlB的电源输出正极端+VO之间，高压电容C2B连接在电源转换模块TlB的接地端和电源转换模块TlB的电源输出负极端-VO之间，电源转换模块TIB的电源输出正极端+VO经电感L3B输出电压VB+，电源转换模块TIB的电源输出负极端-VO经电感L4B输出电压VB-，电感L3B的两端分别和电解电容C3B的正极、电解电容C4B的正极相连，电解电容C3B的负极、电解电容C4B的负极均和电源转换模块TlB的电源输出地端OV相连构成后级电源模块的输出地端AGND，电感L4B的两端分别和电解电容C5B的负极、电解电容C6B的负极相连，电解电容C5B的正极、电解电容C6B的正极均和电源转换模块TlB的电源输出地端OV相连。变送器的第二输入电源为直流24V电源，后级电源模块将直流24V电源转换成直流电压VB+和直流电压VB-输出，为电压真有效值变送器中的信号隔离模块输出侧及信号调理模块、信号变送输出模块提供工作电压。
[0012]作为优选，所述的交直流通用的电压真有效值变送器包括第一线路板和第二线路板，所述的电压信号采样模块、真有效值转换模块、信号隔离模块、信号调理模块、信号变送输出模块和前级电源模块均有三组；三组的前级电源模块及电压信号采样模块均安装在所述的第一线路板上，第一线路板上还安装有三个插针，每一组的前级电源模块、电压信号采样模块和插针排成一排，每一组的前级电源模块的输出端及电压信号采样模块的输出端分别和所属组的插针相连；三组的真有效值转换模块、信号隔离模块、信号调理模块及信号变送输出模块均安装在所述的第二线路板上，第二线路板上还安装有一个所述的后级电源模块和三个母座，每一组的真有效值转换模块、信号隔离模块、信号调理模块、信号变送输出模块及母座排成一排，所述的后级电源模块设于第二线路板的一侧，每一组的真有效值转换模块的工作电压输入端、信号隔离模块输入侧的工作电压输入端及真有效值转换模块的输入端分别和所属组的母座相连，三组的信号隔离模块输出侧的工作电压输入端及信号调理模块、信号变送输出模块的工作电压输入端均和所述的后级电源模块的输出端相连，第二线路板上的三个母座和第一线路板上的三个插针分别一一对应相连。
[0013]插针和母座可以通过两端分别设有转接头的导线相连，也可以直接插接相连。本技术方案实现三组合交直流通用的电压真有效值变送器，由第一线路板和第二线路板两块线路板组装而成，每一组的功能都相同。每一组中，前级电源模块通过第一线路板上的印制导线给电流信号采样模块供电，并将电压信号输送到插针，通过相连的插针和母座，将电压信号输送到第二线路板，通过印制在母座和真有效值转换模块及信号隔离模块输入侧之间的导线为真有效值转换模块、信号隔离模块输入侧提供工作电压。电流信号采样模块通过第一线路板上的印制导线将采样电压信号输送到相应插针，通过相连的插针和母座，将采样电压信号输送到第二线路板，再通过第二线路板上的印制导线输送给真有效值转换模块。三组的信号隔离模块输出侧、信号调理模块及信号变送输出模块共用一个后级电源模块，第二线路板上的后级电源模块给三组信号隔离模块输出侧、信号调理模块及信号变送输出模块供电。本技术方案，可同时测量三组电压，使用更加方便。
[0014]本发明的有益效果是:能够准确测量O?2000Hz宽频电压幅值，尤其能测量发电机启动阶段的低频电压信号，能对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控，并且交直流信号通用，而且由于在采样计算上采用了真有效值，可以保证对失真正弦波和非正弦波信号测量的准确性，扩大使用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。
[0016]图2是本发明中前级电源模块的一种电路原理图。
[0017]图3是本发明中后级电源模块的一种电路原理图。
[0018]图4是本发明中电压信号采样模块的一种电路原理图。
[0019]图5是本发明中真有效值转换模块的一种电路原理图。
[0020]图6是本发明中信号隔离模块和信号调理模块的一种电路原理图。
[0021]图7是本发明中信号变送输出模块的一种电路原理图。
[0022]图8是本发明中第一线路板的一种安装结构示意图。
[0023]图9是本发明中第二线路板的一种安装结构示意图。
[0024]图中1.待测电压信号，2.电压信号采样模块，3.真有效值转换模块，4.信号隔离模块，5.信号调理模块，6.信号变送输出模块，7.前级电源模块，8.后级电源模块，9.电压变送输出接线端子，10.第一线路板，11.第二线路板，12.插针，13.母座。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0026]实施例1:本实施例的交直流通用的电压真有效值变送器，如图1所示，包括电压信号采样模块2、真有效值转换模块3、信号隔离模块4、信号调理模块5和信号变送输出模块6及为变送器提供工作电压的前级电源模块7和后级电源模块8，电压信号采样模块2的输入端和待测电压信号I相连，电压信号采样模块2的输出端和真有效值转换模块3的输入端相连，真有效值转换模块3的输出端和信号隔离模块4的输入端相连，信号隔离模块4的输出端和信号调理模块5的输入端相连，信号调理模块5的输出端和信号变送输出模块6的输入端相连，信号变送输出模块6的输出端和电压真有效值变送器的电压变送输出接线端子9相连，前级电源模块7的输出端分别和电压信号采样模块2、真有效值转换模块3的工作电压输入端及信号隔离模块4输入侧的工作电压输入端相连，后级电源模块8的输出端分别和信号隔离模块4输出侧的工作电压输入端及信号调理模块5、信号变送输出模块6的工作电压输入端相连。
[0027]如图2所示，前级电源模块7包括压敏电阻P5A、压敏电阻P6A、电感LlA?电感L4A、保险丝FUSEA、电源转换模块T1A、高压电容C1A、高压电容C2A和电解电容C3A?电解电容C6A，电源转换模块TlA采用WRE2415P-6W直流/直流转换器，保险丝FUSEA采用可恢复保险丝。压敏电阻P5A的两端分别和电压真有效值变送器的第一输入电源的两端相连，本实施例中，电压真有效值变送器的第一输入电源为直流24V电源。压敏电阻P5A的一端经电感LlA和压敏电阻P6A的一端及保险丝FUSEA的一端相连，保险丝FUSEA的另一端和电源转换模块TlA的22脚及23脚相连，压敏电阻P5A的另一端经电感L2A和压敏电阻P6A的另一端及电源转换模块TlA的2脚及3脚相连，高压电容ClA连接在电源转换模块TlA的22脚和14脚之间，高压电容C2A连接在电源转换模块TlA的3脚和11脚之间，电源转换模块TlA的14脚经电感L3A输出电压VA+，电源转换模块TlA的11脚经电感L4A输出电压VA-，电感L3A的两端分别和电解电容C3A的正极、电解电容C4A的正极相连，电解电容C3A的负极、电解电容C4A的负极均和电源转换模块TlA的9脚及16脚相连，电源转换模块TlA的9脚和16脚的并接端构成前级电源模块7的输出地端GND，电感L4A的两端分别和电解电容C5A的负极、电解电容C6A的负极相连，电解电容C5A的正极、电解电容C6A的正极均和电源转换模块TlA的9脚及16脚相连。
[0028]如图3所示，后级电源模块8包括压敏电阻P5B、压敏电阻P6B、电感LlB?电感L4B、保险丝FUSEB、电源转换模块T1B、高压电容C1B、高压电容C2B和电解电容C3B?电解电容C6B，电源转换模块TlB采用WRE2415P-6W直流/直流转换器，保险丝FUSEB采用可恢复保险丝。压敏电阻P5B的两端分别和电压真有效值变送器的第二输入电源的两端相连，本实施例中，电压真有效值变送器的第二输入电源为直流24V电源。压敏电阻P5B的一端经电感LlB和压敏电阻P6B的一端及保险丝FUSEB的一端相连，保险丝FUSEB的另一端和电源转换模块TlB的22脚及23脚相连，压敏电阻P5B的另一端经电感L2B和压敏电阻P6B的另一端及电源转换模块TlB的2脚及3脚相连，高压电容ClB连接在电源转换模块TlB的22脚和14脚之间，高压电容C2B连接在电源转换模块TlB的3脚和11脚之间，电源转换模块TlB的14脚经电感L3B输出电压VB+，电源转换模块TlB的11脚经电感L4B输出电压VB-，电感L3B的两端分别和电解电容C3B的正极、电解电容C4B的正极相连，电解电容C3B的负极、电解电容C4B的负极均和电源转换模块TlB的9脚及16脚相连，电源转换模块TlB的9脚和16脚的并接端构成后级电源模块8的输出地端AGND，电感L4B的两端分别和电解电容C5B的负极、电解电容C6B的负极相连，电解电容C5B的正极、电解电容C6B的正极均和电源转换模块TlB的9脚及16脚相连。
[0029]如图4所示，电压信号采样模块2包括压敏电阻Pl、压敏电阻P2、电感L1、电感L2、电阻Rl?电阻R4、稳压管D1、稳压管D2和电容Cl、电容C2，压敏电阻Pl的两端分别和待测电压信号I的两端相连，压敏电阻Pl的一端经电感LI和电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端经电阻R2及电阻R3输出采样电压IN-V，压敏电阻Pl的另一端经电感L2和前级电源模块7的输出地端GND相连，电感LI和电阻Rl的并接点经电容C2和前级电源模块7的输出地端GND相连，前级电源模块7的输出地端GND经电容Cl接地，采样电压IN-V和前级电源模块7的输出地端GND之间连接有电阻R4和压敏电阻P2的并联电路，稳压管Dl的负极和稳压管D2的负极相连，稳压管Dl的正极接采样电压IN-V，稳压管D2的正极和前级电源模块7的输出地端GND相连。
[0030]如图5所示，真有效值转换模块3包括真有效值模拟器U1、电阻R9、电容C4和电解电容C3，真有效值模拟器Ul采用AD536AJH直流变换器，真有效值模拟器Ul的4脚经电阻R9和电压信号米样模块2输出的米样电压IN-V相连，真有效值模拟器Ul的4脚又经电容C4接前级电源模块7的输出地端GND，真有效值模拟器Ul的5脚及3脚分别和前级电源模块7的输出电压VA-及电压VA+相连，真有效值模拟器Ul的3脚和电解电容C3的正极相连，电解电容C3的负极和真有效值模拟器Ul的6脚相连，真有效值模拟器Ul的I脚及2脚均接前级电源模块7的输出地端GND，真有效值模拟器Ul的9脚和10脚相连，真有效值模拟器Ul的8脚输出等效电平Ueq0
[0031]如图6所示，信号隔离模块4包括线性光耦U3，线性光耦U3采用HCN201A线性光耦隔离器，线性光耦U3的输入端和真有效值转换模块3输出的等效电平Ueq之间设有运放U2?运放U2的反相输入端，一路经电阻RlO和真有效值转换模块3输出的等效电平Ueq相连，另一路经电阻RlI与电阻R14和前级电源模块7的输出电压VA+相连，还有一路和线性光耦U3的3脚相连，电阻Rll和电阻R14的并接点和稳压块T2的阴极及电解电容Cll的正极相连，稳压块T2的阳极及电解电容Cll的负极接前级电源模块7的输出地端GND，运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间连接有电容C5，运放U2的同相输入端接前级电源模块7的输出地端GND，运放U2的工作电压分别和前级电源模块7的输出电压VA+、VA-相连，运放U2的输出端经电阻R20和线性光耦U3的I脚相连，线性光耦U3的2脚及线性光耦U3的4脚均和前级电源模块7的输出地端GND相连，线性光耦U3的5脚和后级电源模块8的输出地端AGND相连，线性光耦U3的6脚和运放U4的反相输入端相连。信号调理模块5包括运放U4、可调电阻VRl和可调电阻VR2，运放U4的同相输入端和后级电源模块8的输出地端AGND相连，运放U4的反相输入端和电阻R18、电阻R17、电阻R15及电容C12的一端相连，电阻R18的另一端经电阻R19接后级电源模块8的输出电压VB+，电阻R17的另一端和可调电阻VRl的可调端相连，稳压块Tl的负极、电解电容C6的正极及可调电阻VRl的一个固定端和电阻R18与电阻R19的并接点相连，稳压块Tl的正极、电解电容C6的负极及可调电阻VRl的另一个固定端和后级电源模块8的输出地端AGND相连，电阻R15的另一端和可调电阻VR2的一个固定端相连，可调电阻VR2的另一个固定端和可调电阻VR2的可调端并接并且和电容C12的另一端并接后再和运放U4的输出端相连，运放U4的工作电压分别和后级电源模块8的输出电压VB+、VB-相连，运放U4的输出端经电阻R21输出电压Ud,电压Ud和后级电源模块8的输出地端AGND之间连接有电容C8。运放U2和运放U4均采用0P07运算放大器。
[0032]如图7所示，信号变送输出模块6包括运放U5、运放U6、压敏电阻P3、压敏电阻P4和三极管Q1，运放U5及运放U6的工作电压分别和后级电源模块8的输出电压VB+、VB-相连，运放U6的参考地端和后级电源模块8的输出地端AGND相连，运放U5的同相输入端和信号调理模块5的输出电压Ud相连，运放U5的反相输入端和运放U5的输出端之间连接有电容C9，运放U5的输出端经电阻R22和三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极经电阻R23和后级电源模块8的输出电压VB+相连，三极管Ql的发射极和运放U6的同相输入端相连，运放U5的反相输入端经电阻R5和运放U6的输出端相连，运放U6的同相输入端经电阻R26及电阻R27和电解电容C7的正极相连，运放U6的反相输入端，一路和电阻R26与电阻R27的并接点相连，另一路经压敏电阻P4和电解电容C7的负极相连，压敏电阻P3和电解电容C7并联，电解电容C7的两端分别输出信号AOUT+和信号AOUT-到电压真有效值变送器的电压变送输出接线端子9。电压变送输出接线端子再连接到接有电压表的负载上，就能让使用者观察到待测电压值及其变化情况，从而可对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控。
[0033]待测电压信号(如发电机启动过程中的电压信号)的高端和低端连接到压敏电阻Pl的两端，在额定幅值量程范围内且频率为O?2000Hz的待测电压信号经电压信号采样模块的过滤和电阻分压输出采样电压IN-V，采样电压IN-V通过真有效值转换模块的处理，输出满足真有效值转换模块额定幅值范围的等效电平信号，真有效值转换模块能够有效的处理宽频率及比较复杂的波形信号，是交/直流宽频率电流幅值测量的核心，真有效值转换模块输出的等效电平信号再经信号隔离模块输入到信号调理模块，通过信号隔离模块实现输入信号和输出信号之间的有效物理隔离，从而有效地减少两个信号间的串扰，信号调理模块对输入电压进行调理，再经信号变送输出模块的处理，转换成电流信号变送输出。通过分别调节信号调理模块中的零点电位器和满度电位器，使输入到信号调理模块的零值电压和100%额定满度信号经信号调理模块和信号变送输出模块处理后分别转换为4mADC和20mADC直流电流信号，从而使电压输入信号从零到额定幅值满度值线性增长时，4?20mADC电流变送输出信号也随着线性增长。
[0034]本发明能够准确测量O?2000Hz宽频电压幅值，尤其能测量发电机启动阶段的低频电压信号，能对发电机从启动到稳定工作这一过程进行全面监控，并且交直流信号通用，而且由于在采样计算上采用了真有效值，可以保证对失真正弦波和非正弦波信号测量的准确性。
[0035]实施例2:本实施例的交直流通用的电压真有效值变送器，如图8、图9所示，包括第一线路板10和第二线路板11，电压信号采样模块2、真有效值转换模块3、信号隔离模块4、信号调理模块5、信号变送输出模块6和前级电源模块7均有三组；三组的前级电源模块7及电压信号采样模块2均安装在第一线路板10上，第一线路板10上还安装有三个插针12，每一组的前级电源模块7、电压信号采样模块2和插针12排成一排，每一组的前级电源模块7的输出端及电压信号采样模块2的输出端分别和所属组的插针12相连；三组的真有效值转换模块3、信号隔离模块4、信号调理模块5及信号变送输出模块6均安装在第二线路板11上，第二线路板11上还安装有一个后级电源模块8和三个母座13，每一组的真有效值转换模块3、信号隔离模块4、信号调理模块5、信号变送输出模块6及母座13排成一排，后级电源模块8安装于第二线路板11的一侧，每一组的真有效值转换模块3的工作电压输入端、信号隔离模块4输入侧的工作电压输入端及真有效值转换模块3的输入端分别和所属组的母座13相连，三组的信号隔离模块4输出侧的工作电压输入端及信号调理模块5、信号变送输出模块6的工作电压输入端均和同一个后级电源模块8的输出端相连，第二线路板11上的三个母座13和第一线路板10上的三个插针12分别一一对应地通过两端各设有转接头的导线相连。其余结构同实施例1。
[0036]本实施例实现三组合交直流通用的电压真有效值变送器，由第一线路板和第二线路板两块线路板组装而成，每一组的工作过程同实施例1，每一组的功能都相同。每一组中，前级电源模块通过第一线路板上的印制导线给电压信号采样模块供电，并将电压信号输送到插针，通过相连的插针和母座，将电压信号输送到第二线路板，通过印制在母座和真有效值转换模块、信号隔离模块之间的导线为真有效值转换模块、信号隔离模块输入侧提供工作电压。电压信号采样模块通过第一线路板上的印制导线将采样电压信号输送到相应插针，通过相连的插针和母座，将采样电压信号输送到第二线路板，再通过第二线路板上的印制导线输送给真有效值转换模块。第二线路板上的后级电源模块通过印制导线给信号隔离模块输出侧、信号调理模块及信号变送输出模块提供工作电压。本实施例可同时测量三组电压，使用更加方便。
【权利要求】
1.一种交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于包括电压信号采样模块(2)、真有效值转换模块(3)、信号隔离模块(4)、信号调理模块(5)和信号变送输出模块(6)及为变送器提供工作电压的前级电源模块(7)和后级电源模块(8)，电压信号采样模块(2)的输入端和待测电压信号⑴相连，电压信号采样模块⑵的输出端和真有效值转换模块(3)的输入端相连，真有效值转换模块(3)的输出端和信号隔离模块(4)的输入端相连，信号隔离模块(4)的输出端和信号调理模块(5)的输入端相连，信号调理模块(5)的输出端和信号变送输出模块(6)的输入端相连，信号变送输出模块￠)的输出端和变送器的电压变送输出接线端子(9)相连，前级电源模块(7)的输出端分别和所述的电压信号采样模块(2)、真有效值转换模块(3)的工作电压输入端及信号隔离模块(4)输入侧的工作电压输入端相连，后级电源模块(8)的输出端分别和所述的信号隔离模块(4)输出侧的工作电压输入端及信号调理模块(5)、信号变送输出模块￠)的工作电压输入端相连。
2.根据权利要求1所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的电压信号采样模块(2)包括压敏电阻P1、压敏电阻P2、电感L1、电感L2、电阻Rl?电阻R4、稳压管D1、稳压管D2和电容Cl、电容C2，压敏电阻Pl的两端分别和所述的待测电压信号(I)的两端相连，压敏电阻Pl的一端经电感LI和电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端经电阻R2及电阻R3输出采样电压IN-V，压敏电阻Pl的另一端经电感L2和所述的前级电源模块(7)的输出地端GND相连，电感LI和电阻Rl的并接点经电容C2和前级电源模块(7)的输出地端GND相连，前级电源模块(7)的输出地端GND经电容Cl接地，采样电压IN-V和前级电源模块(7)的输出地端GND之间连接有电阻R4和压敏电阻P2的并联电路，稳压管Dl的负极和稳压管D2的负极相连，稳压管Dl的正极接采样电压IN-V，稳压管D2的正极和前级电源模块⑵的输出地端GND相连。
3.根据权利要求1所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的真有效值转换模块(3)包括真有效值模拟器U1、电阻R9、电容C4和电解电容C3，真有效值模拟器Ul的信号输入端Vin既经电阻R9和所述的电压信号采样模块(2)的输出端相连又经电容C4和所述的前级电源模块(7)的输出地端GND相连，真有效值模拟器Ul的工作电压正端+VS及工作电压负端-VS分别和所述的前级电源模块(7)的输出正端VA+及输出负端VA-相连，真有效值模拟器Ul的工作电压正端+VS和电解电容C3的正极相连，电解电容C3的负极和真有效值模拟器Ul的连接端Cav相连，真有效值模拟器Ul的连接端COM及连接端RL均和所述的前级电源模块(7)的输出地端GND相连，真有效值模拟器Ul的连接端BUFIN和真有效值模拟器Ul的电流输出端1ut相连，真有效值模拟器Ul的管脚BUF OUT输出等效电平Ueq给所述的信号隔离模块(4)的输入端。
4.根据权利要求1所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的信号隔离模块(4)包括运放U2和线性光耦U3，运放U2的反相输入端，一路经电阻RlO和所述的真有效值转换模块(3)的输出端相连，另一路经电阻Rll与电阻R14和所述的前级电源模块(7)的输出正端VA+相连，还有一路和线性光耦U3的反馈负极相连，电阻Rll和电阻R14的并接点和稳压块T2的阴极及电解电容Cll的正极相连，稳压块T2的阳极及电解电容Cll的负极接前级电源模块(7)的输出地端GND，运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间连接有电容C5，运放U2的同相输入端接前级电源模块(7)的输出地端GND，运放U2的工作电压和所述的前级电源模块⑵的输出端相连，运放U2的输出端经电阻R20和线性光耦U3的输入负极相连，线性光耦U3的输入正极及线性光耦U3的反馈正极均和前级电源模块⑵的输出地端GND相连，线性光耦U3的输出正极和所述的后级电源模块⑶的输出地端AGND相连，线性光耦U3的输出负极和所述的信号调理模块(5)的输入端相连。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的信号调理模块(5)包括运放U4、可调电阻VRl和可调电阻VR2，所述的信号隔离模块⑷的输出端和运放U4的反相输入端相连，运放U4的同相输入端和所述的后级电源模块⑶的输出地端AGND相连，运放U4的反相输入端和电阻R18、电阻R17、电阻R15及电容C12的一端相连，电阻R18的另一端经电阻R19接后级电源模块(8)的输出正端VB+，电阻R17的另一端和可调电阻VRl的可调端相连，稳压块Tl的负极、电解电容C6的正极及可调电阻VRl的一个固定端和电阻R18与电阻R19的并接点相连，稳压块Tl的正极、电解电容C6的负极及可调电阻VRl的另一个固定端和后级电源模块⑶的输出地端AGND相连，电阻R15的另一端和可调电阻VR2的一个固定端相连，可调电阻VR2的另一个固定端和可调电阻VR2的可调端并接并且和电容C12的另一端并接后再和运放U4的输出端相连，运放U4的工作电压和所述的后级电源模块⑶的输出端相连，运放U4的输出端经电阻R21输出电压Ud给所述的信号变送输出模块(6)，电压Ud和后级电源模块⑶的输出地端AGND之间连接有电容C8。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的信号变送输出模块(6)包括运放U5、运放U6、压敏电阻P3、压敏电阻P4和三极管Q1，运放U5及运放U6的工作电压分别和所述的后级电源模块(8)的输出端相连，运放U6的参考地端和所述的后级电源模块(8)的输出地端AGND相连，运放U5的同相输入端和所述的信号调理模块(5)的输出端相连，运放U5的反相输入端和运放U5的输出端之间连接有电容C9，运放U5的输出端经电阻R22和三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极经电阻R23和后级电源模块⑶的输出正端VB+相连，三极管Ql的发射极和运放U6的同相输入端相连，运放U5的反相输入端经电阻R5和运放U6的输出端相连，运放U6的同相输入端经电阻R26及电阻R27和电解电容C7的正极相连，运放U6的反相输入端，一路和电阻R26与电阻R27的并接点相连，另一路经压敏电阻P4和电解电容C7的负极相连，压敏电阻P3和电解电容C7并联，电解电容C7的两端分别输出信号AOUT+和信号AOUT-到所述的变送器的电压变送输出接线端子(9)。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的前级电源模块(7)包括压敏电阻P5A、压敏电阻P6A、电感LlA?电感L4A、保险丝FUSEA,电源转换模块T1A、高压电容C1A、高压电容C2A和电解电容C3A?电解电容C6A，压敏电阻P5A的两端分别和变送器的第一输入电源的两端相连，压敏电阻P5A的一端经电感LlA和压敏电阻P6A的一端及保险丝FUSEA的一端相连，保险丝FUSEA的另一端和电源转换模块TlA的电源输入端VIN相连，压敏电阻P5A的另一端经电感L2A和压敏电阻P6A的另一端及电源转换模块TlA的接地端相连，高压电容ClA连接在电源转换模块TlA的电源输入端VIN和电源转换模块TlA的电源输出正极端+VO之间，高压电容C2A连接在电源转换模块TlA的接地端和电源转换模块TlA的电源输出负极端-VO之间，电源转换模块TlA的电源输出正极端+VO经电感L3A输出电压VA+，电源转换模块TlA的电源输出负极端-VO经电感L4A输出电压VA-，电感L3A的两端分别和电解电容C3A的正极、电解电容C4A的正极相连，电解电容C3A的负极、电解电容C4A的负极均和电源转换模块TlA的电源输出地端OV相连构成前级电源模块(7)的输出地端GND，电感L4A的两端分别和电解电容C5A的负极、电解电容C6A的负极相连，电解电容C5A的正极、电解电容C6A的正极均和电源转换模块TlA的电源输出地端OV相连。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于所述的后级电源模块(8)包括压敏电阻P5B、压敏电阻P6B、电感LlB?电感L4B、保险丝FUSEB、电源转换模块TIB、高压电容C1B、高压电容C2B和电解电容C3B?电解电容C6B，压敏电阻P5B的两端分别和变送器的第二输入电源的两端相连，压敏电阻P5B的一端经电感LlB和压敏电阻P6B的一端及保险丝FUSEB的一端相连，保险丝FUSEB的另一端和电源转换模块TlB的电源输入端VIN相连，压敏电阻P5B的另一端经电感L2B和压敏电阻P6B的另一端及电源转换模块TlB的接地端相连，高压电容ClB连接在电源转换模块TlB的电源输入端VIN和电源转换模块TlB的电源输出正极端+VO之间，高压电容C2B连接在电源转换模块TlB的接地端和电源转换模块TlB的电源输出负极端-VO之间，电源转换模块TlB的电源输出正极端+VO经电感L3B输出电压VB+，电源转换模块TlB的电源输出负极端-VO经电感L4B输出电压VB-，电感L3B的两端分别和电解电容C3B的正极、电解电容C4B的正极相连，电解电容C3B的负极、电解电容C4B的负极均和电源转换模块TlB的电源输出地端OV相连构成后级电源模块⑶的输出地端AGND，电感L4B的两端分别和电解电容C5B的负极、电解电容C6B的负极相连，电解电容C5B的正极、电解电容C6B的正极均和电源转换模块TlB的电源输出地端OV相连。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的交直流通用的电压真有效值变送器，其特征在于包括第一线路板(10)和第二线路板(11)，所述的电压信号采样模块(2)、真有效值转换模块(3)、信号隔离模块(4)、信号调理模块(5)、信号变送输出模块(6)和前级电源模块(7)均有三组；三组的前级电源模块(7)及电压信号采样模块(2)均安装在所述的第一线路板(10)上，第一线路板(10)上还安装有三个插针(12)，每一组的前级电源模块(7)、电压信号采样模块(2)和插针(12)排成一排，每一组的前级电源模块(7)的输出端及电压信号采样模块(2)的输出端分别和所属组的插针(12)相连；三组的真有效值转换模块(3)、信号隔离模块(4)、信号调理模块(5)及信号变送输出模块(6)均安装在所述的第二线路板(11)上，第二线路板(11)上还安装有一个所述的后级电源模块(8)和三个母座(13)，每一组的真有效值转换模块(3)、信号隔离模块(4)、信号调理模块(5)、信号变送输出模块(6)及母座(13)排成一排，所述的后级电源模块(8)设于第二线路板(11)的一侧，每一组的真有效值转换模块(3)的工作电压输入端、信号隔离模块(4)输入侧的工作电压输入端及真有效值转换模块(3)的输入端分别和所属组的母座(13)相连，三组的信号隔离模块(4)输出侧的工作电压输入端及信号调理模块(5)、信号变送输出模块￠)的工作电压输入端均和所述的后级电源模块⑶的输出端相连，第二线路板(11)上的三个母座(13)和第一线路板(10)上的三个插针(12)分别一一对应相连。
【文档编号】G01R19/22GK104515898SQ201410637590
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】曹达, 周乾, 杨丹萍, 曹祎, 朱彬若 申请人:浙江涵普电力科技有限公司