[发明专利]一种内置电压电流一体变送器

权利要求书

1.一种内置电压电流一体变送器，其特征在于：包括有电源输入调整及稳压电路，分别与电源输入调整及稳压电路的输出端连接的极性反相电路和零点调整电路，以及由四运放组成的电压信号放大电路和电流信号转换电路；

所述的电源输入调整及稳压电路包括有一级电源输入稳压电路和二级调整稳压电路；

所述的一级电源输入稳压电路11包括有电源芯片U3、电感L1、电阻R1、电阻R2、稳压二极管D2、电解电容E1、电解电容E2、电容C1、电容C2和电容C3，电源芯片U3的输入端即引脚7和8、电解电容E1的正极、电容C1的一端均与供电电压的输出端连接，电感L1的一端、稳压二极管D2的负极均与电源芯片U3的输出端即引脚1和2连接，电容C2的一端连接电源芯片U3的引脚4即反馈FB引脚，电阻R2的一端、电容C2的另一端、电解电容E2的正极、电容C3的一端均与电感L1的另一端连接作为一级电源输入稳压电路的12V电压输出端，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端、稳压二极管D2的正极、电解电容E1的负极、电容C1的另一端、电解电容E2的负极、电容C3的另一端、电源芯片U3的引脚3、5和6均接地；

所述的二级调整稳压电路12包括有低压稳压芯片U2、电容C5、电容C6、电容C7和电解电容E3，低压稳压芯片U2的输入端即引脚1和3、电容C5的一端均与一级电源输入稳压电路的12V电压输出端连接，电容C6作为旁路电容、其中一端与低压稳压芯片U2的引脚4即旁路Bypass引脚连接，电容C7的正极、电解电容E3的一端均与低压稳压芯片U2的输出端即引脚5连接作为二级调整稳压电路的5V电压输出端，低压稳压芯片U2的引脚2即接地引脚、电容C5的另一端、电容C6的另一端、电容C7的另一端和电解电容E3的负极均接地；

所述的极性反相电路包括有反相器U4、电解电容E7和电解电容E8，反相器U4的VCC引脚与二级调整稳压电路的5V电压输出端连接，反相器U4的CAP+引脚与电解电容E7的正极连接，反相器U4的CAP-引脚与电解电容E7的负极连接，反相器U4的GND引脚与电解电容E8的正极均接地，反相器U4的VSS引脚与电解电容E8的负极连接作为极性反相电路的-5V电压输出端；

所述的零点调整电路包括有可调电阻RP2、电阻R3和电阻R4，电阻R3的一端与二级调整稳压电路的5V电压输出端连接，电阻R4的一端接地，电阻R3的另一端与可调电阻RP2的一固定端连接，电阻R4的另一端与可调电阻RP2的另一固定端连接，可调电阻RP2的可调端与传感器的其中一个差分信号线WHITE连接；

所述的电压信号放大电路包括有四运放中的运算放大器U1A和运算放大器U1D、以及可变电阻RP1、电阻R8、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R19，所述的运算放大器U1D的同相输入端与传感器的其中一个差分信号线WHITE连接，所述的运算放大器U1A的同相输入端与传感器的另一个差分信号线GREEN连接,所述的可变电阻RP1的其中一固定端、电阻R16的一端、电阻R19的一端均与运算放大器U1D的反相输入端连接，所述的电阻R8的一端、电阻R17的一端、电阻R18的一端均与运算放大器U1A的反相输入端连接，所述的可变电阻RP1的另一固定端和可调端均与电阻R8的另一端连接，电阻R16的另一端接地，电阻R19的另一端、电阻R18的另一端均与运算放大器U1D的输出端连接，电阻R17的另一端与运算放大器U1A的输出端连接作为电压信号放大电路的输出端；

根据运放虚短和虚断特性有：公式①I2+I13＝I16；

公式②I2+I5＝I16；

由R8+RP1＝RG：

根据公式①有

根据公式②有

因为R16＝R17＝R18＝R19，所以公式③+④得：

整理得：

最后得到

又因为V2及V13的电位与传感器的两根信号线GREEN和WHITE的电位相同，所以V2-V13就是电压信号放大电路的输出信号，因而，得出结论：

电压信号放大电路的放大倍数是定值，倍数为

上述的I2为运算放大器U1A的引脚2的反相电流值，I13为运算放大器U1D的引脚13的反相电流值，I5为流过电阻R18的电流值，I16为流过电阻R16的电流值，V2为运算放大器U1A的引脚2的反相输入端电压，V13为运算放大器U1D的引脚13的反相输入端电压，V14为运算放大器U1D的引脚14的输出端电压，VOUT为电压信号放大电路的输出电压；

所述的电流信号转换电路包括有四运放中的运算放大器U1B和运算放大器U1C、以及电阻R7、电阻R10、电阻R14、电阻R15、电阻R20和二极管D3，所述的电阻R20的一端与电压信号放大电路的输出端连接，运算放大器U1B的同相输入端、电阻R15的一端均与电阻R20的另一端连接，运算放大器U1C的反相输入端和输出端均与电阻R15的另一端连接，运算放大器U1B的反相输入端、电阻R7的一端均与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接地，运算放大器U1B的输出端、电阻R7的另一端均与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与运算放大器U1C的同向输入端均与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为电流信号转换电路的输出端；

由I20＝I15推出由于VC＝VD、R20＝R15，即推导得到

由I14＝I7推出由于VA＝V6、R14＝R7，即推导得到

根据公式⑤和⑥得到：即VB-VC＝VOUT⑦；

又因为所以

从公式⑧看出，整个线路板是用电压控制电流，达到电压和电流同时输出的目的；

上述的I20为流过电阻R20的电流值，I15为流过电阻R15的电流值，I14为流过电阻R14的电流值，I7为流过电阻R7的电流值，VC为电流信号转换电路的输出电压即运算放大器U1C的同相输入端电压，VD为运算放大器U1C的输出端电压，VA为运算放大器U1B的同相输入端电压，VB为运算放大器U1B的输出端电压；

所述的四运放中的运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D的供电正极输入端均与一级电源输入稳压电路的12V电压输出端连接，四运放中的运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D的供电负极输入端均与极性反相电路的-5V电压输出端连接。