电压变送器的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种电压变送器。该专利由宁波中车时代传感技术有限公司申请，并于2016年8月24日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及电压变送器，尤其涉及单电源供电、带有整流滤波电路的交流电压变送器。

发明背景

电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。

现有的电压变送器可实现对高压（500-1000V）电压的精确测量，输出标准的0-20mA直流电流信号，但存在的缺陷是：其中的电源供电电路为了后续器件、芯片选型方面比较通用，往往使用 15V电源产生-15V电源进行供电；在电流电压（I/V）转换方面使用小型电流传感器进行隔离测量，存在需提供电源供电，且成本比较高；为了把I/V转换来的交流电压转换为理想的直流电压信号，大部分变送器都是用真有效值转换芯片，成本较高；电压电流（V/I）转换部分通过分离元件搭接电路输出0-20mA直流电流信号，在精度、温度特性方面不可控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种电压变送器，可输出精度高、可靠性强的直流电流信号，成本低。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：所述电压变送器包括单电源供电电路、交流电流电压转换电路、整流电路、滤波电路、直流电压电流转换电路：单电源供电电路为整流电路、滤波电路、直流电压电流转换电路提供电源；交流电流电压转换电路将被测回路中的交流电流信号转换为交流电压信号并输出给整流电路；整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号；滤波电路的输入端接整流电路的输出端，滤波电路的输入端依次接第一个电阻、第二个电阻、运算放大器的同相输入端，其中第二个电阻的一端接电容、0V电源，第二个电阻的另一端接另一电容、0V电源；运算放大器的反相输入端接第三个电阻、0V电源，运算放大器的输出端为滤波电路的输出端，在运算放大器的反相输入端和输出端之间接电压增益电路，电压增益电路为第四个电阻、电位器串联后与第三个电容并联；直流电压电流转换电路将直流电压信号转换为直流电流信号并输出。

本发明电压变送器的电路部件包括交流电流电压转换（I/V转换）电路、整流滤波电路、直流电压电流转换（V/I转换）电路、单电源供电电路。

本发明I/V转换电路接入被测电压的回路中，并串联电阻R分压限流，I/V转换电路可将被测回路中的交流电流信号转换为交流电压信号并输出给整流、滤波电路，整流、滤波电路将交流电压转换为直流电压信号，直流电压信号经V/I转换电路转换后，输出标准的直流电流信号。I/V转换电路采用电压互感器，只需在后端增加一个电阻就可以转换为电压信号，电压互感器为无源器件，且成本低廉、输出精度高。

在本发明中，整流电路的输入端与0V之间串联电阻R3、R4，整流电路输入端与输出端之间并联反相比例运算电路和电压跟随电路。在整流、滤波电路中，电路设计简单，便于电路印制板小型化，降低成本，并可输出理想的直流信号。