[發明專利]智能電氣轉換器

有效

• 申請號: 201410054378.X
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103777655A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 袁斌;陳云;劉亮;崔善超;張生華
• 申請（專利權）人: 江蘇紅光儀表廠有限公司
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及電氣轉換器，具體涉及智能電氣轉換器。

背景技術

電氣轉換器作為一種工業過程儀表，應用范圍廣泛，在定型與加工領域尤其突出。傳統的電氣轉換器主要分兩大類，一類是機械式，一類是電氣類，兩大類都是實現電流信號轉換為相應線性比例的壓力。機械類電氣轉換器具有反應速度快，控制精度高和穩定性高的特點，但是受控于安裝角度，需要現場二次校準，并且對于震動場合不適宜使用，耐沖擊性較弱。電子類電氣轉換器以先導式壓電閥為核心部件，采用模擬PID控制算法，具有反應速度快，使用壽命長，抗震動的特點，但具有壓力過沖和控制精度不高的缺點。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種智能電氣轉換器，采用溫度補償技術和數字模擬雙PID控制算法，反應速度快，穩定性高，輸出壓力不過沖，具有抗震動和耐沖擊的特點，模擬電路采用低功耗設計，壓力輸入范圍寬，儀表上LCD直觀顯示輸入電流和輸出壓力，可以隨意設置控制量程，方便現場應用。

本發明的技術解決方案是：該電氣轉換器的電路包括電源電路部分、壓力處理電路部分和微處理器電路部分，依電回路方式連接構成電氣轉換器的電路；

電源電路部分：4-20mA既作為電源輸入，又作為控制信號輸入，采用LM385作為轉換器件，4-20mA輸入電流通過LM385的調控輸出穩定的5V電壓，它又相繼轉換成壓電閥需要的±12V直流電壓和微處理器的3.3V直流電壓，壓電閥需要的±12V是通過MAX1771把5V電壓轉換為12V直流電壓，再用ICL7660把12V直流電壓轉換為-12V直流電壓，±12V雙電源給四運算放大器LM324，由5V電壓通過CAT6219-3.3轉換成微處理器的3.3V直流電壓；

壓力處理電路部分：先導式壓電閥的進口和出口分別接進氣端和出口端，進氣端進氣壓力的范圍為0.14-0.8MPa，在氣路部分的出口處安裝壓力傳感器，差分信號輸出測量出口的壓力，四運算放大器LM324分為4部分：1)第一個運放是壓力傳感器差分信號的放大部分；2)電流信號與壓力信號復合部分，電流信號反串在LM385-ADJ電源負端，隨著電流的增加，產生出增加的負電壓，此負電壓與放大后壓力信號一同進入第二個運放，進行比例運算；3)第三個運放是對第二個運放輸出的信號進行比例積分微分運算，一是輸出給壓電閥的負極，二是輸出給第四個運放；4)第四個運放是對第三個運放的極性進行轉換，產生相反極性的電壓，給壓電閥的正極，壓電閥上的電壓就是電路處理電壓信號的兩倍；

微處理器電路部分：微處理器采用TI公司的16位MSP430F425，它有3路差分信號輸入的16位ADC和128段液晶，電流通過串接在4-20mA回路電阻上取得，電阻兩端的電壓經過電位遷移后直接給MSP430F425的ADC進行AD轉換，壓力通過壓力傳感器的差分信號再分一路經過OPA2349進行儀用放大后的差分信號直接給MSP430F425的ADC對壓力信號進行AD轉換，根據壓力控制信號和壓力采集信號MSP430F425做出模糊控制PID算法，經過DAC6311進行數模轉換輸出模擬電壓。

本發明的優點是：1、采用兩線制供電，轉換器結構簡單，安裝方便，操作靈活，LCD直觀顯示輸入電流與輸出壓力，控制精度高(絕對誤差不大于0.8KPa，市場上傳統產品控制精度在4KPa，并且過沖達到理論值的15%)，反應速度快，穩定性高且輸出壓力不過沖，具有抗震動和耐沖擊的特點；2、使用超低功耗嵌入式微處理器，采用數字PID控制算法為主和模擬PID控制電路為輔的復合控制模式，使得電氣轉換器的性能得到極大的提高，使以先導式壓電閥為控制單元的電氣轉換器克服了壓力過沖和控制精度不高的缺點，控制效果好，控制精度高；3、使用段碼式LCD液晶顯示器和鍵盤作為人機輸出輸入接口，電路上采用溫度補償傳感器，消除溫度對信號采樣和過程控制的影響，實現氣體壓力的精確，快速，穩定控制。

附圖說明

圖1為本發明的電路原理方框圖。

圖2為圖1的電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，該電氣轉換器的電路包括電源電路部分、壓力處理電路部分和微處理器電路部分，依電回路方式連接構成電氣轉換器的電路；