Измерительный преобразователь напряжение-ток ±10 В – ±100 мА

Преобразователь может использоваться для передачи аналогового сигнала через длинную линию. Использование постоянного тока в качестве величины показывающей аналоговое значение позволяет избежать влияния помех на длинную линию и в тоже время использовать для передачи кабель всего из двух проводов. На передающей стороне устанавливается преобразователь измеряемого параметра в напряжение, которое подключается к входу преобразователя напряжение-ток. Далее ток через длинную линию может подаваться на вход обратного преобразователя ток-напряжение или сразу на показывающий прибор – амперметр. В качестве простейшего преобразователя ток-напряжение можно использовать прецизионный резистор. Амперметр может иметь шкалу с нанесёнными на ней значениями контролируемого параметра, например давления, температуры, скорости, частоты вращения, фазы, специфических параметров системы и т. п.

Также применяется преобразователь напряжение в ток для плавного управления электромагнитными регуляторами на основе соленоидов. Преобразователь можно использовать для построения универсального прибора зарядки аккумуляторов.

Напряжение питания   18…36 В
Входное напряжение    ±10 В
Выходной ток   ± 100 мА
Сопротивление нагрузки   0,1…120 Ом
Температурный диапазон   -50…+90 °С
Точность преобразования   0,5 %

Устройство питается от источника постоянного напряжения 24 В. Конденсатор С1 уменьшает шумы устройства на линию питания. Благодаря импульсному преобразователю напряжения DA1 к питанию не предъявляется требований по пульсациям и стабильности напряжения. Коэффициент преобразования схемы определяется резисторами, связанными соотношениями: Iout=(Vin*R1)/(R2+R8-R5), R1=(R6/2)+R5, R6=R7, R2+R8=R4+R9. Операционный усилитель DA2, использованный в устройстве, относится к прецизионным. DA2 должен обладать возможно меньшим напряжением смещением нуля для обеспечения точности преобразования напряжения в ток. Применение на выходе схемы мощных транзисторов позволяет увеличить надёжность устройства. Конденсатор С4 необходим для подавления наводок на вход устройства, С5 нужен для предотвращения возбуждения схемы.

Устройство собрано на односторонней печатной плате. Конструктивно устройство представляет собой плату 100 x 125 мм для установки в направляющие планки. На плате предусмотрены отверстия для крепления радиаторов и торцевой планки.

При изготовлении печатной платы с металлизацией отверстий все элементы устанавливаются на одной стороне. Если без металлизации, то DA1 устанавливается на второй стороне и меняются проводники, подводимые к DA1. Транзисторы устанавливаются на радиаторы.

Резистор R5 производства фирмы MEGATRON Elektronik AG&Co марки ASTRO 2000 axial. Если не требуется высокая точность преобразования напряжение-ток резисторы можно использовать менее точные, они вносят основной вклад в стоимость устройства. Также при снижении требований к точности операционный усилитель можно применить OP213 или другой, при этом печатную плату нужно переделать.

Источник питания можно заменить на любой обеспечивающий пульсации не более 50 мВ. Конденсаторы можно заменить на керамические или многослойные отечественного или зарубежного производства на максимальное напряжение не менее 50 Вольт. Соответствие разъёмов: DIN41612-396 MRD вилка на плату, DIN41612-396FSW розетка.

Одним из важных параметров любого источника тока, а в нашем случае преобразователя напряжение-ток, является диапазон сопротивления нагрузки. Идеальный прибор обеспечивает ток, заданный внешней установкой, в диапазоне сопротивления нагрузки от 0 до бесконечности. В реальности это невозможно, также не следует забывать, что к сопротивлению нагрузки прибавляется сопротивление контактов разъёмов, проводов и других элементов цепей. Свойство источника тока обеспечить работу независимо от сопротивления нагрузки является весьма ценным, т. к. существенно повышает надёжность системы в целом. Платой за это является мощность, выделяемая на выходных транзисторах. В каждом конкретном случае требуется выбрать наиболее удачный компромисс между запасом по сопротивлению нагрузки и выделяемым теплом на выходном транзисторе. Для обеспечения широкого диапазона сопротивлений нагрузки нужно использовать источник питания с возможно большим напряжением. При токе в 100 мА: на нагрузке в 20 Ом напряжение составит 2В, на регулирующем транзисторе падение напряжение примерно 0,6 В, на резисторе R5 падение 0,1 В. При питании 15 В мощность около 12,3В*100мА+0,6В*100мA=1,29 Вт выделится на выходном транзисторе в виде тепла. При выборе радиатора следует не забывать о простом правиле: "Кашу маслом не испортишь". Уменьшение максимально возможного сопротивления нагрузки позволит уменьшить напряжение питания, что снизит нагрев устройства, снизит размеры радиатора и увеличит КПД.

Устройство не боится короткого замыкания в течении длительного времени, при этом выходной ток не меняется.

По приведённым выше формулам можно пересчитать схему для других токов и напряжений.
Устройство в настойке не нуждается. Для проверки к входу схемы подключается лабораторный блок питания и вольтметр с пределом измерения 10-12 В, к выходу нагрузка около 20 Ом и миллиамперметр с пределом измерения 100-150 мА. Измерительные приборы должны обеспечивать точность в 10 раз выше выбранной точности преобразователя. Осциллографом проверить отсутствие возбуждения. Проверить весь диапазон от нуля до максимума, регулируя входное напряжение.

Источники информации:

http://www.tracopower.com/datasheet_g/ten15-d.pdf
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP1177_2177_4177.pdf
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP77.pdf
http://www.oao-zavod-tira.narod.ru/C2_29.html
http://www.megares.de/datenblatt/Astro2000neu.pdf
http://kremny-m.ru/catalog/1.shtml

Теги:

• Altium Designer