专利名称：电流信号分配器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号分配装置，具体涉及一种能够同时转换多路并将其中每一路4-20mA电流信号转换成3路相等信号的分配器。
背景技术：
在工业自动化控制技术领域，经常需将一个变送器的4-20mA信号同时送到多个控制器或者接收器，但是由于变送器负载能力的限制以及对信号精度的高要求，直接将变送器和多个接收器串联起来往往不能满足要求。比如有些变送器的电流负载能力在300Ω-600Ω左右，接收器的输入电阻通常为250Ω，因此最多只能将2个接收器串联起来使用。如果让这种变送器带动2个以上串联的接收器便无法正常工作。而且采用串联方式，一旦其中一个接收器出现故障断开时，其他的接收器也无法正常运行。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够将一个4-20mA电流标准信号转换成多路高精度相等的电流输出信号，供多个接收器使用的电流信号分配器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是本实用新型的电流信号分配器的硬件构架包括基准电压模块、DC/DC模块、输入缓冲模块、信号输出模块四部分基准电压模块产生高精度的基准电压供输入缓冲模块使用；DC/DC模块将24VDC转换成为15VDC供信号输出模块使用；输入缓冲模块将4-20mA的输入信号转化成电压信号输送到信号输出模块；3块信号输出模块将把输入缓冲模块送来的电压信号再次转换成3组4-20mA的电流信号输出。
具体地说首先由基准电压模块产生7.5V的基准电压；输入缓冲模块以一精密电阻将输入的4-20mA的电流信号转换成以电源地为参考点的电压信号V1，然后再以基准电压7.5V为对称点将此电压信号V1对称地转换为大小与V1相同、相对电源15V为“-V1”的电压信号V2(即V2＝15V-V1)；最后通过3块信号输出模块将电压信号V2转化成3组参考点为电源地的电流输出信号。为降低分配器的功耗和提高抗电源波动的能力，采用15V作为输出电流的电源(直接采用24V作为输出电流的电源，分配器的功耗比较大并且元器件温度也较高，会影响其使用寿命)。而且用DC/DC模块产生的15V电压对24V电源波动有一定的抑制作用。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是能够同时转换多路并将其中每一路电流信号分别高精度地分配成3组相等的电流信号输出，满足工业自动化领域多路控制的需要，本实用新型转换方法合理、结构简单、维护方便、结构紧凑、体积小巧。
图1是工作原理示意图；图2是硬件构架示意图；图3本分配器单路电路示意图；图4传统分配器单路电路示意图。
图中1-电源24V DC输入，2-输入端子，3-输入缓冲模块，4-信号输出模块，5-输出端子，6-基准电压模块，7-DC/DC模块，8-负反馈电路，9-输入电路，10-输出电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步描述图1以15路电流信号分配为例，由图可见本实用新型可以同时完成15路电流信号分配，每一路电流输入信号都能被分配成3路高精度的电流信号输出。分配器由24V DC电源1供电。电流信号从输入端子2进入输入缓冲模块3，输入缓冲模块3将15路电流输入信号转换成电压信号输出给信号输出模块4，3组信号输出模块4再将电压信号转换为电流信号输出到输出端子5。图1例示15路电流信号分配器，每一路输入端子2为“+、-”二个，15路电流输入信号共用30个输入端子。图1上方为3组输出端子5，分别设为A组、B组和C组。每路输入信号分配到3组输出端子的相应路输出，由“+”端子流出再流回公共的接地端子，每组15个“+”端子和一个公共回路端子共有16个输出端子5。3组共有48个输出端子。
由图2可见本实用新型的硬件构架主要由基准电压模块6，DC/DC模块7，输入缓冲模块3，信号输出模块4组成。基准电压模块6，DC/DC模块7，输入缓冲模块3、输入端子2和输出端子5都设置在主板上。主板通过3个44芯的插槽与3块信号输出模块4连接，为其提供电源、基准电压以及缓冲过的信号，并且接收其发回的最终输出信号，送到输出端子5上。每一块信号输出模块完成一组输出任务，共3组。这样的设计使得功能明确，维护简单方便，并且使得结构更加紧凑，虽然集成了15路的电流分配电路但是体积依然很小。
由图3可见输入缓冲模块3和信号输出模块4主要是由精密电阻以及运算放大器组成的。输入缓冲模块3使用的运算放大器型号为OPA4277，信号输出模块4所用的运算放大器型号为TL064。输入缓冲模块3中的放大电路由OPA4277运算放大器和2个精密电阻R组成，它将电压信号V1转换成V2＝[7.5V+(7.5V-V1)]＝(15V-V1)的信号，也就是说电压信号V2相始终比15伏电源的正端低V1(即使15伏电源发生波动)。这个信号被送到3个信号输出模块4。信号输出模块4将电压信号转换成电流信号输出。其中的TL064运算放大器和三极管构成了一个深度负反馈的放大电路，它能够有效地抑制各种外界因素的影响而保持输出信号与输入信号一致。例如当负载电阻增大而引起输出电流(即三极管的IC)变小时，通过反馈引起一连串反应→三极管发射极电流Ie减小→发射极电位Ve升高→放大器负输入端的电位升高→放大器的输出电位降低→三极管的Ib增大，Ic也相应增大来反对输出电流的变小，最终达到(尽量)保持输出电流恒定不变的目的。反之，当某种因素欲使输出电流变小时，负反馈电路8也会反对输出电流的变小，最终达到(尽量)保持输出电流恒定不变的目的。因此负反馈电路8是分配器精度的有效保障。
图4为分配器常常采用的传统电路，其中输入电路9仅仅起到一个缓冲的作用(即V2’＝V1)，相当于电压信号V1直接地输送到输出电路10。输出电路10一般由运算放大器、三极管和4个精密电阻R组成(由15V电源供电)，完成将电压信号V1转换成(15V-V1)的功能。每路3个输出电路需使用12个精密电阻R，与本实用新型只有输入缓冲模块3中需要2个精密电阻R相比，多出了10个(若以15路计则多使用150个精密电阻R)。因此本实用新型涉及的电流分配器更为经济。
权利要求1.一种电流信号分配器，包括输入缓冲模块(3)和信号输出模块(4)，其特征在于基准电压模块(6)产生7.5V基准电压与所述输入缓冲模块(3)连接，DC/DC模块(7)将24V DC输入转换为15V DC输出，与所述信号输出模块(4)连接，所述输入缓冲模块(3)的输出连接所述信号输出模块(4)的输入。
2.根据权利要求1所述电流信号分配器，其特征在于所述输入缓冲模块(3)中放大电器由OPA4277型运算放大器、2个精密电阻组成，以基准电压7.5V作为输入信号放大的参照点。
3.根据权利要求1所述电流信号分配器，其特征在于所述信号输出模块(4)由精密电阻、三极管和TL064型运算放大器组成，所述TL064型运算放大器和所述三极管、精密电阻组成深度负反馈的放大电路。
4.根据权利要求1所述电流信号分配器，其特征在于所述信号输出模块(4)数量为3块。
专利摘要一种电流信号分配器，由基准电压模块、输入缓冲模块、DC/DC模块和信号输出模块组成，其特征在于基准电压模块产生7.5V基准电压输出与输入缓冲模块连接，DC/DC模块将24V DC输入转换为1 5V DC输出与信号输出模块连接，输入缓冲模块将输入电流信号流经一精密电阻变成电压信号并将其缓冲放大，再经信号输出模块将此电压信号转换回电流信号输出。本实用新型展示的实施例能同时转换15路、并将其中每一路4mA～20mA电流信号，转换成3路相等的信号，结构简单、维护方便、体积小巧，可满足工业自动化领域多路控制的需要。
文档编号G08C19/00GK2861972SQ20052004781
公开日2007年1月24日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者徐敦瀛, 王星炜 申请人:上海自动化仪表股份有限公司