工作原理

　　XTR115采用SO-8小型化封裝，其內(nèi)部電路框圖及基本應(yīng)用電路如圖1所示。U+為電源端，接環(huán)路電源。UREF為2.5V基準(zhǔn)電壓輸出端。II端接輸入電流。IRET為基準(zhǔn)電壓源輸出電流和穩(wěn)壓器輸出電流的返回端，可作為輸入電路的公共地。OUT為4~20mA電流輸出端。UREG為+5V穩(wěn)壓器的輸出端。B和E端為外部功率管的接口，分別接功率管的基極（B）和發(fā)射極（E）。功率管的集電極（C）接U+端。芯片內(nèi)部主要包括輸入放大器（A），電阻網(wǎng)絡(luò)，輸出晶體管（VT1），2.5V基準(zhǔn)電壓源和+5V穩(wěn)壓器。RLIM為內(nèi)部限流電阻。外圍元器件主要有輸入電阻（RI），功率管（VT2），環(huán)路電源（Us）和負(fù)載電阻（RL）。輸入電壓UI先經(jīng)過RI轉(zhuǎn)換成輸入電流II，再經(jīng)過XTR115放大后從OUT端輸出4~20mA的電流信號(hào)。為減小失調(diào)電壓以及輸入放大器的漂移量，要求UI》0.5V

　　應(yīng)變橋電流變送器

　　由XTR115構(gòu)成應(yīng)變橋電流變送器的電路如圖2所示。將腳3視為公共地，由腳1給應(yīng)變橋提供+2.5V的電源電壓。前置放大器采用TL061型單運(yùn)放（亦可采用OPA2277型雙運(yùn)放，僅用其中的一個(gè)運(yùn)放），由+5V穩(wěn)壓器單獨(dú)給運(yùn)放供電。RI為20kΩ輸入電阻，C為降噪電容，VT為外部NPN功率管，可選2N4922，TIP29C或TIP31B等型號(hào)。以2N4922為例，其主要參數(shù)為UCEO=60V，ICM=1A，PCM=30W.該電路的工作原理是當(dāng)試件受力時(shí)，應(yīng)變橋輸出的電壓信號(hào)首先經(jīng)過前置放大器放大成0.8~4V的輸入電壓UI，再通過RI轉(zhuǎn)換成40~200μA的輸入電流II，最后經(jīng)XTR115放大100倍后獲得4~20mA的電流。

　　需要指出，XTR115只能配NPN功率管，不能配MOS場(chǎng)效應(yīng)功率管。外部功率管應(yīng)滿足XTR115對(duì)電壓、電流的要求，使用中還須給功率管裝上合適的散熱器。

　　保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

　　保護(hù)電路應(yīng)兼有反向電壓保護(hù)與正向過壓保護(hù)兩種功能。XTR115的保護(hù)電路如圖3所示。反向電壓保護(hù)電路由二極管整流橋VD1~VD4組成，可防止因?qū)h(huán)路電源的極性接反而損壞芯片。整流二極管可選用1N4148型高速硅開關(guān)二極管，其主要參數(shù)為URM=75V，Id=150mA，trr=4ns.采用橋式保護(hù)電路之后就不用再考慮環(huán)路電源的極性，因?yàn)?，無(wú)論Us的極性是否接反，它總能保證U+端接得是正電壓。鑒于在任何時(shí)刻整流橋上總有兩只二極管導(dǎo)通，因此，在計(jì)算環(huán)路電壓ULOOP時(shí)須扣除兩只硅二極管的正向壓降（約為1.4V），由式（2）確定。

　　ULOOP=Us-IORL-1.4（2）

　　過壓保護(hù)電路采用一只1N4753A型穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓為36V，穩(wěn)定電流為7.0mA.當(dāng)環(huán)路電壓過高時(shí)就被鉗位到36V.實(shí)驗(yàn)證明，即使環(huán)路電壓達(dá)到65V，XTR115也不會(huì)損壞。為了改善瞬態(tài)過壓保護(hù)特性，還可采用Motorola公司生產(chǎn)的P6KE39A型瞬態(tài)電壓抑制器（其英文縮寫為TVS，亦稱瞬變電壓抑制二極管）來代替穩(wěn)壓管。P6KE39A的鉗位電壓UB=39V，鉗位時(shí)間僅為1ns，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于齊納穩(wěn)壓管

　　配J型熱電偶的電流變送器電路

　　由XTR101構(gòu)成帶冷端溫度補(bǔ)償功能的J型熱電偶輸入電路，如圖4所示。該電路可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號(hào)。Rs為滿量程（SPAN）設(shè)定電阻，其電阻值由式（3）確定。

　　Rs=40/［（ΔIo/U1）-0.016］（3）

　　式中：ΔIo=20mA-4mA=16mA.

　　例如，當(dāng)UI=100mV時(shí)，由式（3）不難算出，Rs=278Ω。Rs的引線應(yīng)盡量短，以減小干擾。當(dāng)Rs=∝時(shí)，UImax=1V.Rp為調(diào)零電位器，在0℃下調(diào)整Rp可使Io=4mA.冷端溫度補(bǔ)償電路由二極管VD1，分壓電阻R1和R2組成，R1及R2均采用精密金屬膜電阻。

　　J型熱電偶在-200℃~+750℃測(cè)溫范圍內(nèi)的平均溫度系數(shù)αT=+51.70μV/℃。硅二極管正向壓降的溫度系數(shù)αD≈-2.1mV/℃，經(jīng)過R1和R2分壓后

　　αD′=αD？［R1/（R1+R2）］=-2.1×［51/（2×10 3+51）］=-52μV/℃≈-αT

　　因?yàn)棣罝′與αT的大小相等而方向相反，二者又分別接到XTR101的負(fù)輸入端和正輸入端上，所以在室溫下二者能互相抵消，從而實(shí)現(xiàn)了冷端溫度（即環(huán)境溫度）補(bǔ)償，使溫差熱電勢(shì)僅僅與被測(cè)溫度有關(guān)（e=αTT），不受環(huán)境溫度變化的影響。XTR101能輸出兩路1mA激勵(lì)電流，分別接J型熱電偶和電阻分壓器。反向電壓保護(hù)電路由VD2組成，當(dāng)Us接反時(shí)VD2截止，電源不通。正常工作時(shí)VD2導(dǎo)通，環(huán)路電壓ULOOP=Us-IORL-0.7V.

　　電流變送器技術(shù)參數(shù)：

　　●精度：優(yōu)于0.5% ;

　　●非線性失真：優(yōu)于0.5%;

　　●額定工作電壓Vcc：+24V±20% ，極限工作電壓：≤35V ;

　　●電源功耗：靜態(tài)4mA，動(dòng)態(tài)時(shí)相等于環(huán)路電流，內(nèi)部限制25mA+10%;

　　●額定輸入：5A……1KA（42個(gè)規(guī)格）；

　　●穿孔穿芯圓孔直徑：9、12、20、25、30mm;

　　●輸出形式：兩線制DC4~20mA;

　　●輸出電流溫漂系數(shù)：≤50ppm/℃；

　　●響應(yīng)時(shí)間：≤100mS;

　　●輸入/輸出絕緣隔離強(qiáng)度：AC3000V / 1min、1mA;

　　●輸出負(fù)載電阻：RLmax ≤ （Vcc-10V）/ 20mA

　　●輸入過載保護(hù)：30倍1min;

　　●輸出過流限制保護(hù)：內(nèi)部限制25mA+10%;

　　●兩線端口瞬態(tài)感應(yīng)雷與浪涌電流TVS抑制保護(hù)能力：TVS抑制沖擊電35A/20ms/1.5KW;

　　●兩線端口設(shè)置有+24V電源反接保護(hù)；

　　●輸出電流設(shè)置有長(zhǎng)時(shí)間短路保護(hù)限制；內(nèi)部限制25mA+10%.

　　應(yīng)用場(chǎng)合

　　了解電流變送器的技術(shù)原理，對(duì)于客戶依據(jù)自身產(chǎn)品設(shè)計(jì)，有積極的指導(dǎo)作用。

　　霍爾原理

　　霍爾原理有閉環(huán)霍爾和開環(huán)霍爾之分，詳細(xì)原理網(wǎng)站上有很多文章可供參考。采用霍爾原理的變送器可以實(shí)現(xiàn)交直流通用。

　　電磁隔離原理

　　電磁隔離原里實(shí)際上就是互感器原里，雖然是很通用的原理，但是在實(shí)際應(yīng)用中也是最可靠的原理，只是由于只能采集交流電流，所以應(yīng)用有局限性。

　　磁調(diào)制原理

　　磁調(diào)制原理有多種形式，但是由于受成本的壓力，通常的磁調(diào)制原理在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合主要用來檢測(cè)直流電流。

　　光耦隔離原理

　　主要用來檢測(cè)小電流，輸入電流通過電阻光耦隔離原理采樣變成電壓，然后通過光耦隔離實(shí)現(xiàn)電氣絕緣，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合要注意電氣絕緣等級(jí)。

　　選型指導(dǎo)：

　　如果電流是直流電流，上述交流型號(hào)修改- 一個(gè)字母即可，例如：

　　交流電流變送器TA1A5C420V4

　　直流電流變送器TA1D5C420V4