新型交流电压变送器的组成、功能及主要技术指标介绍

很多朋友对新型交流电压变送器的组成、功能及主要技术指标介绍不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

在电力系统中的发电厂、调度室、变电站、冶金化工工矿企业、生产过程、油田开发等领域，应采用DDZ-、DDZ-电动装置组合遥控装置。设备，Foxboro 当Micro 761可编程数字调节器、电子计算机、检测和自动化控制系统提供所需的模拟输入信号时，需要将测量的交流功率（电压或电流）转换成线性比例输出的直流模拟功率。它是实现电控设备自动化过程中不可缺少的环节之一。为此，我们设计了一种新型交流电压变送器，可以将0~240V工频（50Hz）电压线性转换为直流0~10V、0~10mA和4~20mA信号。应用表明，该转换器设计合理、转换精度高、负载能力强、抗电震性能好，使用效果良好。

1 发射机组成、功能及主要技术指标

1.1 发射机组成

图1是电压发送器的原理框图。从图中可以看出，系统分为以下几个部分：

(1)变压器和分压电路考虑到检波电路输入电压的要求，采用变压器和分压电路将0~240V线性转换为0~5V。

(2)AC/DC转换电路采用负反馈对一般二极管检测电路进行校正，使转换特性线性化，将0~5V输入线性转换成0~10V DC输出。

(3)V/I转换电路它是系统的电流输出环节。其作用是将检测电路输出的直流电压线性转换成双路0~10mA和4~20mA电流信号输出。

(4)参考电源为AC/DC转换电路和V/I转换电路提供所需的直流电源和偏置电压。

图1 发射机原理框图

1.2 发射机功能

变送器具有1个输入通道（0~240V通道）和3个输出通道（0~10V通道、4~20mA通道、0~10mA通道）。根据需要，三个输出通道可以单独或并行输出。

对于三个输出通道，变送器内部各有一个满量程调节电位器，可以方便地调节仪器的量程。另外，对于4~20mA输出，仪器还配有调零电位器，方便调零。前面板配有0~250V交流和0~10V直流电压表，0~10mA和4~20mA直流电流表，并配有转换开关，可观察输入信号和转换后输出信号的变化。任何时候。

1.3 变送器主要技术指标

输入交流信号范围：0~240V；

输出直流信号范围：0~10V；

0~10mA；

4~20mA；

负载电阻：0~10V5K；

0~10mA为0~1.5K；

4~20mA为0~500；

基本误差：0.5%

工作环境：温度0~40

相对湿度：85%。

工作方式：可在额定负载下连续工作。

2 工作原理及分析

2.1 AC/DC转换电路原理

图2是输入交流电压0~5V、输出直流电压0~10V的AC/DC转换电路原理图。该电路由同相运算放大电路A1、线性检测电路A2、有源滤波电路A3、反相放大电路A4组成。整个转换电路的电源由参考电源提供。

图2 AC/DC转换电路工作原理图

图中A1构成转换电路的输入级。由于线性检波器A2采用并联负反馈运放，因此其输入阻抗较低。因此，在A2之前添加一级同相运放A1不仅可以提高输入阻抗，还可以提高灵敏度。从图中可以看出，Vout1=2Vin，因为Vin=0~5V，所以Vout1=0~10V。

A2和D1、D2和C1、R2、R3、R形成线性半波平均检测器。当输入电压Vout1为正半周时，由于Vout1从运放的反相输入端输入，因此运放输出端A点电压为负。由于此时运放工作在反相放大状态，其反相输入端为虚点，接近于零电位，A点为负电位，因此D2导通，A点钳位在约-0.6V，导致D1截止。显然检测器的输出电压Vout2为零。当输入电压Vout1为负半周时，A点电压为正。然后D2截止，D1导通。此时检测器相当于一个反相运算放大器。 Vout2正负周期内的输出电压可用下式表示：

由于R2=R3=20k，当Vout10时，Vout2=-Vout1，其工作波形如图3所示。由于二极管D1和运放A2在负半周检测过程中串联，因此不工作。在负反馈中。

网络中，在运放高放大倍数的情况下，很容易推断出检波器的闭环增益主要取决于反馈网络的R3、C1和输入电阻R2，而无关与D1。因此，D1的伏安特性带来的非线性效应将大大降低。由此可见，图2电路是一个线性检测电路。整个周期内，当Vout1=0~10V时，半波检测平均电压Vout2=0~4.5V。图中C1起到稍微收窄频带的作用，滤除混入输入信号中的极窄脉冲干扰。

图3 线性半波检测波形图

为了获得平滑的直流电压Vout3和负载能力，在检波器后增加了RC有源低通滤波器A3。当选取R6=20k、C2=100uF/25V时，滤波器R6的截止频率C2/2远小于工频，滤波效果较好。

图中A4是反相放大器，用于提高灵敏度和扩大范围。 R8采用50k电位器。通过调节R8，当输入交流电压为240V时，Vout4=10V，从而完成0~240V交流信号到0~10V直流信号的线性转换输出。

2.2 V/I转换电路原理

图4是输入直流电压0~10V、输出直流电流0~10mA、负载能力0~1.5k的转换电路原理图。该电路的输入是线性检测电路的输出。由于该电路引入了强电流串联负反馈，因此输出电流与输入电压具有良好的线性关系，具有恒流性能。该电路中的A5设计为差分输入放大电路，将输入信号Vout4与反馈信号Vf进行比较并放大。复合管N1、N2的作用是扩大输出电流，其中N1为反相放大器，N2为电流输出级，输入电压Vout4通过电阻R10加到运放的反相输入端，输出电流Iout流过R15和Rf得到反馈电压Vf。该电压通过电阻R12、R13加到A5的两个输入端。下面分析该电路的输出电流与输入电压的关系。

图4 DC 0~10V/0~10mA转换电路

假设A5是理想运放，反馈电阻R15、R16和负载电阻RL分别远小于相应电阻R9+R12和R10+R13，则R12和R13支路的分流作用可得被忽略。假设A5是正向和反向。输入端电压分别为VM和VN，B点和动触头C对地电压分别为VB和VC。

那么有

VM=VN(1)

VB-VC=Vf(2)

Vf-Iout (R15+Rf) (3)

(4)

(5)

取R9=R10=100k，R12=R13=20k，将式（4）减去式（5）可得：

(6)

将式(1)、式(2)代入式(6)可得

(7)

将式(3)代入式(7)可得

Vout4=5Iout（R15+Rf）

但：

从上式可以看出，当运放的开环增益足够大时，输出电流Iout与输入电压Vout4的关系仅与反馈电阻R15+Rf的大小有关，而与其他参数和负载电阻RL无关，因此电路具有恒流性能。

当R15+Rf=200，即Rf=50时，若Vout4=0~10V，则Iout=0~10mA

调节电位器R16动触头C的位置，可以改变反馈电阻Rf的阻值，从而改变反馈深度，调节变送量程，使Vi=240V时，Iout=10mA。

图5是输入直流电压0~10V、输出直流电流4~20mA、负载能力0~500的转换电路原理图。该电路与0~10V/0~mA转换电路的结构类似，只是运放A6的同相输入端没有直接接地，而是加了一个固定的负偏置电压Vp用于零点调整。

图5 DC 0~10V/4~20mA转换电路

下面的计算用于确定输入电压和输出电流Iout 之间的关系。

假设A6是理想运算放大器，Vout4是线性检波器的输出，则A6正负输入端、D点和动触头E对地之间的电压分别为VR、VS、VD和VE。输出电流Iout在R23+上得到的反馈电压为Vf。与图4中0~10V/0~10mA转换电路公式的推导类似，输入电压Vout与输出电流Iout的关系为

从上式可以看出，当运放的开环增益足够大时，输出电流Iout仅与输入电压Vout有关4、负偏置电压VP和反馈电阻的大小Rf，但与负载电阻RL的参数无关，因此该电路具有恒流性能。

当VP=-2.5V，Rf=50时，若Vout4=0~10VDC，则Iout=4~20mA。图中RW为调零电位器。通过调整RW来改变VP并进行传输。调节变送器零位，使变送器输入直流电压为0V时，Iout=4mADC； R24是量程调节电位器。通过改变动触头E的位置，可以改变反馈电阻Rf的阻值，从而改变反馈深度，从而调节变送器的量程，使得当变送器输入交流电压为240V时，Iout=20mA。

3 实验结果与讨论

3.1 实验所用主要仪器

除本文介绍的交流电压变送器外，还有TDGC-1接触式调压器（0.2级）； ZX17-1十进电阻箱一个（0.2级）； C41-mA直流电流表（0.2级）一只。

3.2 实验结果

利用上述仪器对交流电压变送器进行精度测试实验。测量数据如表1~3所示。

注：负载电阻0~500

实验结果表明，对于相对规则的正弦波，本文介绍的交流电压变送器完全能够满足设计的主要技术指标要求，性能稳定可靠，精度高，负载能力强，使用效果良好。发射机体积小、成本低，适用于电力系统

及其他工矿企业、各种规则正弦波电压向直流电压或电流线性转换的场合。但当电网电压波形畸变严重时，测量误差稍大。为保证测量精度，可采用真有效值测量换算方法。这个方法将在另一篇文章中发表。

以上知识分享希望能够帮助到大家！