AM462在电压信号转换成电流信号中的应用
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AM4 6 2 在电压信号转换成电流信号中的应用 Ap pl i c at i on of AM46 2 i n t r an s f or mi n g v ol t a ge s i gn al i n t o cu r r en t s i g n al 夏显 明 ,周万里 XIA Xia n-min g,Z HOU Wa n-l i(1 安徽 科技学院工学院,凤 阳 2 3 3 1 0 0;2 江苏科技大学机动学院,镇江 2 1 2 0 0 3)(1 I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y,An h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y,F e n g y a n g 2 3 3 1 0 0,C h i n a 2 Me c h a n i c a l a n d D y n a mi c a l I n s t i t u t e,J i a n g s u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y,Z h e n j i a n g 2 1 2 0 0 3,C h i n a)摘要:主要介绍了集成电路A M4 6 2 的功能及其 在六氟化硫气体传感器和氧气传感器中的应用,设计了 两种电路将传感器的输出电压转换成标准的工业电流,通过试验验证了此电路的准确性。关键字:A M4 6 2;六氟化硫传感器;氧气传感器 中图分类号:T N 4 3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5 8 3 5 4(2 0 0 6)0 1-0 0 2 6-0 4 Ab s t r a c t:1 h e p a p e r I n t r o d u c e s t h e f u n c t i o n o f t h e i n t e g r a t e d c i r c ui t AM4 6 2 a n d i t s a p p l i c a t i o n i n S F 6 s e n s o r a n d Ox y g e n s ll s o r and d e s i g n s t wo c i r c u i t s t o t r a n s f o r m t h e o u t p u t v o l t a g e o f the tw o s e n s o r s i n t o n o rm a t i v e i n d u s tri a l c u r r e n t Th e t e s t v a l i d a t e s the f e a s i b i l i t y o f the s e c i r c u i t s K e y wo r d s:AM 4 6 2;S F 6 s e n s o r;Ox y g e n s e n s o r 收稿 日期:2 0 0 5-0 7 1 5 作者简介:夏显明(1 9 7 0 一)男,在读研究生,讲师 研究方向:机械制造及其自动化 D 引 言 在 大 量 工 业 仪 器 仪 表 的检 测 和 自动 化 控 制 过 程 辛,常常需 要将 来 自仪器 仪表和传感器的 电压信号转 陕成 工 业 标 准 的 电流 输 出信 号(0 4 2 0 mA),因为 它 不,又适合 远距离 的信号 传输,也 具有 较强的抗 干扰特 性。德 国 AMG公 司 设 计 开 发 的专 用 集 成 电路 AM4 6 2 是工 业 上 常 用 的 电压 电流 信 号 转 换 变 送 电路。本 文 采 用集 成 电路AM4 6 2 芯片,并设 计了两套外 围电路,将 六氟化硫气体传感器和氧气传感器 的输 出电压转换成 标 准 的工 业 电流。1 AM4 6 2芯片简介【】AM4 6 2 是 由德 国 AMG公 司 设 计 开 发 的,是 一 个 用于单端接地 电压信号转换成工业标准 电流输出的集 成 电路,它 还有多 种保护 功能且带 有恒压 源和恒 流 源,可 以 给 外 接 电路 提 供 激 励 电源。AM4 6 2 是 由几 个 图1 AM4 6 2基本电路框图 技 术 薏2 0 0 6 年第 一 菇、3 3 维普资讯 http:/ 功 能 模 块 和 少 量 的必 要 的 外 接 元件 组 成,这 些 功 能模 块如 OP 1、OP 2、V I,其功能是转换和作为 电压 电 流 源,如 图 1 所 示。(1)运 算放大器OP 1 可放 大输入的单端接地 的正 信号。放大倍数G。可通过调 整 电阻R 和 R 而达到。该 电路 还 具 有 过 载 保 护 功 能,过 载 电压 被 限制 在 参 考 电压值之 内。(2)电压 电流转换级 V I 在管脚 8输出 由电压控 制的 电流信号,该 信号经过外接三极管T。来驱 动输 出 电流,三极管T 外接是 考虑将 电热耗散功率远 离集 成 电路。二极管 D 是用于 电源反 接时保护 电路不被损 坏。(3)参 考 电压 源VR E f 可 以 给 外接 的 元器 件 或 传感 器 或 微 处 理 器 供 电,最 大 输 出 电流 可 达 1 0 mA,通 过 调 整 管 脚 1 3,VR E 可 输 出 5 V或 1 0 V 电压。(4)运算放大器OP 2 可 以作为 电流源或 电压源来 使 用。运 算 放 大 器 O P 2 的 正 相 输 入 端 接 在 电路 内部 的 固 定 电压 V(一1 2 7 V)上,通 过调 整 2个 外接 电阻 可 以 获得 较 大 范 围 内 的恒 电压 和 恒 电流。2 六氟化硫传感器 T GS 8 3 2和氧气传感器 KE-2 5简介【2,3 l TGS 8 3 2是 由 日本生产 的半 导体 原理气 体传感 器,该 传 感 器 的 测量 范 围 为 1 0 0-2 0 0 0 p p m,主 要 应 用 于 S F 气 体 泄 露 检 测 和 氟 里 昂 泄露 检 测 等。该 传 感 器 具 有 以 下 几 个 特 点:对 S F 有 很 高 的 敏 感 度;使 用 寿 命 长,功耗低;陶瓷基 底,抗环境 能力强。氧气传感器 KE 一 2 5采用 电化学式 原理,测量范 围 0-2 5,输 出mV级直 流 电压信号,主要 应用于麻 醉机,呼吸机,氧气孵卵器,氧气探 测器,火灾探 测 等。该 传 感 器 具 有 以下 几 个 特 性:(1)不受 COz、CO、H S、NO、H 影响;(2)长寿命(5 年),低成 本;(3)在 常 温 下 工 作(5-4 0 ),储 存 温 度 为 一 2 0-+6 0 oC;(4)信 号 输 出 稳 定,响 应 时 间一 般 为 1 4 2 s;(5)测 量 精 度 为 1;(6)初 始 输 出 电压 为 1 0 0-1 5 5 mV。3 六氟化硫传感器 T GS 8 3 2外围电路设计 T GS 8 3 2传感器 的输 出信 号为 电压 信号,根据 S F。气 体的浓度,输 出 电压将 随着传感 器 电阻阻值 的 减小 而增 加,通 过调整 外围 电路 电阻RL的大小(R L 为 2 K Q),使 输出 电压 在 0 7 1 4-5 V之间。因为 S F 6 传感 器 的 输 出 电压 为 0 7 1 4 5 V,即为 AM4 6 2芯 片 的 输入 信号,希 望 经 过 AM4 6 2 后,输 出 电流 为 4-2 0 mA 3 4、技 术 篇2 o o 6 年第 一 籀。图 2 T GS 8 3 2外围 电路设计 的 标 准 工 业 电流。设 计 电路 图如 图 2所 示。i j=G N:N 6:8 R i H 。、则在管脚 6(I ND AI)上 的电压差值 为(R。=2 7 Q):a I N 6 8 R l(8*270 1 6 mA:3 4 5 6V 由输 入 信 号 :一 。可 得 出必 需 的 放 大 倍 数 G。如 图 2,AM4 6 2的 管 脚 3接 传 感 器 的 输 出 信号,把运 算放 大器OP 1 作 为阻抗 变换 电路来使用,因此有 运 算 放 大 器 OP1 的 放 大 倍 数 G一1,则 有 Q。G:一 1 U=一,一=一一 AVi N R&+R R AV_l j 6 :二 :一1:02 4 3 4 5 6 得 R8 0 2 4 R 9。取 R 8=1 0 K Q,则 R 9 4 1 7 K 当输入信号为偏置信号值时的最小输出 电流为:l()l 1 m i n R 9志+7 1 =2 6 7 mA+l+:z1 0-I-4 1 7 8 2 7 。然后 利用 管脚 1 6(S E T)调 整所 希望的最小输 出 电流 m。,为 了满足 o ,=4-2 0 mA的电流输 出范 维普资讯 http:/ 围,必 须 加 上 一 个 附 加 的 偏 置 电流 一1 3 3 mA。I 堕 盐一 R 2R l V刚 R 2Ro R3+R4 5 1 68 6 所 以取 R 3 1 3 7 2 K Q,则 R 4=2 K Q。4 氧气传感器 KE-2 5外围电路的设计 KE一 2 5传 感 器 在 空 气 当 中 的 初 始 输 出 电压 为 1 0 0 1 5 5 mV,输 出 电压 将 随 着 氧 气 浓 度 的 增 加 而 增 大。直 接 把 K E一 2 5传 感 器 的 输 出 电压 作 为 AM4 6 2 芯 片 的 输入 信 号。经过 AM4 6 2后,使 输 出 电流 为0-2 0 mA的标 准 工业 电流。设计 电路 图如 图 3所 示。图 中 AM4 6 2的 管 脚 3接 KE 一 2 5 传 感 器 的 输 出信 号,因为当氧 气浓度为零时,KE 一 2 5 传 感器 的输出 电 图 3 K E 一 2 5外 围电路设计 压 为 0 V,所 以 没 有 偏 置 电压,为 了 使 输 出 电 流 为 0-2 0 mA,则管脚 1 6(S E T)应该接地 G ND(r=0),取 R。=2 7 Q,则 有:r=v,G(;A I N+l =v ,G(Z 4 1 N 在空气 当中,氧气的浓度 为 2 1,经过 AM4 6 2 处 理 后 使 相 应 的输 出 电流 为 1 7 5 mA。经 计 算 可 得 放 大 倍 数 为:G 躲。:8 x 2 7 f 2 !:3 7 8(2 4 39 1:】0 m f 1 5 5 m V)即有:G c;A N一1=3 7 7(2 4 2 9):所 以取 R 一4 5 0 2 K Q,2 为 2 K Q的 变 阻器。在 空 气 中,因为 KE 一 2 5 传 感 器 的初 始 输 出 电压 为 1 0 0 1 5 5 mV,可 以 通 过调 整 电阻尺 的值来使 输 出电流为 1 7 5 mA。当氧 气的浓 度 达 到 2 5 时,对 应 的 输 出 电流 为 2 0 mA。5结论 本文主要设计 了两种 电路,分 别用来 处理 六氟化 硫传感器 T GS 8 3 2和 氧气传感器 KE 一 2 5的输出信 号,通 过 AM4 6 2及 外 围 电路,使其 输 出 电压 转 换 成 相 应 的 电流信 号。通 过 试 验:当氧 气传 感 器 安 置 于 空 气 当 中时,输 出的 电流为 1 7 5 mA,对应空 气中氧气 的浓 度 为 2 l ,当 氧 气 浓 度 为 2 5 时,对 应 的 输 出 电流 为 2 0 mA;当六 氟 化硫 传 感 器 置 于 大 气 当 中 时,输 出的 电流为 4 mA,对应 的浓度为 1 0 0 p p m,当 S F 浓度为 2 0 0 0 p p m 时,对 应 的 输 出 电流 为 2 0 mA。这 两 种 电路 的正确性得到 了验证,该产 品已经在镇江 星光机 电设 备 有 限 公 司进 行 了挂 机运 行,并 得 到 了 单 位 的 认 可。参考文献 1 施林 生 多用途 的 变送 集成 电路 AM4 6 2 J 仪 表技 术与传感 器,2 0 0 4,(4)2】T GS 8 3 2传感器说明 书 深 圳市矢量科技 有限公 司 3 K E 一 2 5传感 器说明 书 深圳市 矢量科技有 限公 司、技术篇 2 0 0 e 第一期 l 3 5 维普资讯 http:/
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