电路报告
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电路分析
该电路的主要作用为将由于液位变化导致电阻网络产生的电阻值的变化经过R/V和V/I转换电路转换为4-20mA电流输出。
为确保电流下限为4mA,故采用了LM317电压调节器进行调节,其中R7是下限调节器,因为LM317在正常工作状态下,其中调节端端和输出端的电压差恒定为1.25V,可以调节可变电阻R7,改变通过A点的电流。
I A=1.25/(R14+R15)
同时,出于减少供电器件的原因,采用了稳压二极管D2和R12,R13构成稳定的电源给电阻网络供电。
其中,R12又被称为上限调整器,即通过调节该电阻,确保在最高液位时,电路输出电流为20mA
R/V,V/I转换电路分别是LM324的B和C,A和D部分构成。
R/V转换部分由运算放大器的B和C两部分构成,B部分为电压跟随器,作用是避免之后的输出电压对输入电压造成影响,第二部分是加法放大电路。
不妨假设电阻网络的输出电压为U1 ,即5点电压为U1,那么经过电压跟随器,7点的输出电压也是U1,再假设R12的调节端电压为U2,那么,经过分压,输入10端的电压值为
U10=(U1+U2)/2
而电压放大倍数是(R6+R1)/R1=2
所以8端输出电压是
U7=U1+U2;
那么R4的两端电压差为U2,即为定值,通过R4的电流值也为定值,完成了向电阻网络提供恒定电流的目标,即把电阻值变化转化为线性电压变化。
则I D=U2/R4,在电路调节完成后,I D为定值。
在V/I转换电路中,其中,A部分是一个电压跟随器,其作用和B部分一样,假设R11下端的电压是U3,那么R2下端的电压也为U3,R2上端的电压,即输入电压经过R5和R2分压,电压U=(U3+U1)/2;
而D部分为一个加法电压放大器,根据“虚短”的概念(不超过输出能力),9端电压也是
U12=(U3+U1)/2;
又因为R10和R7阻值一样,所以R10上端的电压是
U =U3+U1;
即R11上端电压是U11=U3+U1;
那么,取样电阻R11两端的电压差就为
U=U3+U1-U3=U1;
即电压差就是电阻网络的输出电压,而R11的阻值一定,那么输出电流就和U1呈线性关系,
即I B=U1/R11=R X*I D/R11
R X为电阻网络中导通的电阻值,和液位高度成正比。
那么回路中的总电流
∑I= I A + I B +I C+I D
其中,I A是通过A点的电流,在电路调节之后保持不变,
I C为LM324的电流,在电路工作时保持定值,
I B和电压U1成正比,U1和电阻成正比,所以输出电流和液位高度呈线性变化。
I D为电阻网络供电电流
根据4-20mA的范围,当液位最高时,通过R11电流应该是16mA,已经较为接近LM324最大输出能力,为了提高其输出能力,所以加上一个三极管作为电流放大器,使得LM324的输出电流基本稳定在uA级电流,保证工作正常。
根据计算,现场传输线路电阻不超过1000欧姆即可。
当然为了保证线性关系较好,需要根据量程选择R4和R11,前者决定电阻网络供电电流,后者决定输出电流和电压之间的系数。
为了保证电路三极管等器件的安全,在输出端加上二极管以保证单向导通。
二. 电路调试,
1. 首先将电路中的RX两端短接,否则会出现电流过大,烧坏仪表,之后将24V电源接入电路。
2. 调节可变电阻R15,使得通过稳压管和电阻R12的总电流为2mA,即I A为2mA。
3. 将电流表接入RX两端,调节上限电阻R12,使得通过电流表的电流为1mA,即I D=1mA ,之后保持RX短接。
4.RX短接,将电流表接入LM324的11脚和二极管正端,即测C 点电流,测得电流计为I D,I D约为1mA。
5.RX保持短接,将电流表接入二极管和负电源之间,观察测得
的电流,即此时测总电流I E,如果不等于4mA,调节下限电阻R15,直到电流等于4mA。
5.上面4步都完成后,断开电源,再断开RX端,将磁翻板液位计的电源正端接入RX1,负电源接入RX2端,再打开电源,观察随着液位上升,电流是否逐步变大。
6.根据公式
∑I= IA + IB +IC+ID
I A=2mA,I D=1mA,I c=1mA,
I B=I D*R X/R11=(U/R4)*R X/R11;
U可以通过调节电阻R12改变。
此处R11=200Ω, R4=1000Ω,
由于之前的I D经过调节为1mA,
所以I B=1*R X/200=0.005*R X(mA);
所以∑I= IA + IB +IC+ID
=4+0.005*R X(mA)Rx和液位高度成正比关系。
RX=0