电流变送器课程设计报告

一、题目名称：

电流变送器

二、内容摘要：

设某种测温电阻在温度从0~1000摄氏度之间变化时，电阻值从0欧姆变化到1000欧姆，设计一个测量电路，将电阻的变化转换为4到20毫安电流的变化并输出给负载电阻，电路可以用运放LM324和晶体三极管实现。

三、设计任务：

用运放LM324和晶体管实现将电阻变化转换为电流变化的电路。

四、技术指标：

1、电阻变化量：0~1kΩ

2、电流输出：4～20mA

3、负载阻抗：<=200Ω

4、误差：<=5%

5、电源电压：DC -12～+12任选

五、设计要求：

1、熟悉电路工作原理。

2、运放器件指定为LM324，通过查阅相关手册获得器件信息参数。

3、负载电阻要求一段接地，电流变化与电阻的变化成正比。

4、画出电路原理图。（元器件标准化与电阻的规范化）

5计算机仿真。

六、电路工作原理：

本设计完成的是温度电流变送器，温度电流变送器的作用是把温感元件所产生的微弱的电流信号，变换为工业控制系统中通用的标准电流4～20mA信号。本设计所采用的温度电流变送器为两线制，即将敏感元件的微弱电压信号，变换成变送器直流馈电电源中的电流变化，在工业控制中该电流变化控制为4～20mA。

两线制具有以下优点：

温度电流变送器的体积小可以和温度敏感元件做成一体安装在现场且为电流输出，故抗干扰能力强可远距离传输

对馈电电源的稳压精度要求低，一般来说，电源电压在-30%～+15%之间波动不影响输出电流精度。

两线制温度变送器将电源线与信号合二为一，从而节省了设备投资，降低成本。

温度电流变送器的原理图如下图1-1所示。

第一个运算放大器U1A将温度电阻Rt阻值的变化转化成电压的变化，其输出电压与测温电阻的阻值成线性关系。关系式如下：

Uo1=V1*(1+Rt/R4) （1）

第二个运算放大器U2B,则实现了V-I之间的转换，构成了一个V-I转换器。它将UIA 的输出电压Uo1的变化转换成负载输出电流的变化，从而达到电压与电流之间的转换。要

使U2B 具有电压控制电流的目的电路中个电阻应满足如下关系：

Rf/Rs=(R2+R3)/R1 (2)

U1A 在满足上面条件的情况下输出电压Uo1与负载处输出电流Io 成正比，关系如下：

Io=-(Rf*Uo1/R3*Rs) (3)

由运放U1A 和U2B 组合实现了电阻与电流的相互转换，从而完成了设计要求。 由式（1）和式（3）可以导出电阻Rt 与输出电流Io 之间的关系为：

Io=-(Rf*V1*(1+Rt/R4)/R3*Rs) (4)

由图1-1可知：R4=250 Ω Rf=10 K Ω

R3=250 Ω Rs=10 K Ω V1=-1 V

综上所得电阻电流之间的关系：Io=4*(1+Rt/25O) mA

R91kΩKey=A

100%

图1-1

七、计算机仿真结果及数据处理

注：由于实际测量中负载两端的电压易测，故采用测量负载两端电压的办法进行实际测量，再根据欧姆定律求出负载重的电流：

I=Uo/Rl

Rt:热电阻 Uo ：负载两端电压 I ：流过负载的电流

表2 计算机仿真及实际测量结果（Rl=100Ω）

八、设计小结

通过此此课程设计，我对运算放大器LM324的功能和使用有了更深入的了解，经过反复使用调节，熟练掌握了芯片管脚的接法，并且明确它在电路中所发挥的作用。通过不断地改进电路，检查故障，增强了自己遇到问题解决问题的能力，并且在解决问题的过程中不断地获取知识，最重要的是提高自己独立思考，勤于动手的能力。

九、参考文献

杨家树关静《OP放大器电路及应用》科学出版社2010年1月金唯香谢玉梅《电子测量技术》湖南大学出版社2005年11月王毓银《数字电路逻辑设计》高等教育出版社2005年12月彭介华《电子技术课程设计指导》高等教育出版社2006年10月卢艳红《multisim 10.0电子电路设计仿真及应用》人民邮电出版社2009年9月