工作原理

　　XTR115采用SO-8小型化封裝，其內部電路框圖及基本應用電路如圖1所示。U+為電源端，接環路電源。UREF為2.5V基準電壓輸出端。II端接輸入電流。IRET為基準電壓源輸出電流和穩壓器輸出電流的返回端，可作為輸入電路的公共地。OUT為4~20mA電流輸出端。UREG為+5V穩壓器的輸出端。B和E端為外部功率管的接口，分別接功率管的基極（B）和發射極（E）。功率管的集電極（C）接U+端。芯片內部主要包括輸入放大器（A），電阻網絡，輸出晶體管（VT1），2.5V基準電壓源和+5V穩壓器。RLIM為內部限流電阻。外圍元器件主要有輸入電阻（RI），功率管（VT2），環路電源（Us）和負載電阻（RL）。輸入電壓UI先經過RI轉換成輸入電流II，再經過XTR115放大后從OUT端輸出4~20mA的電流信號。為減小失調電壓以及輸入放大器的漂移量，要求UI》0.5V

　　應變橋電流變送器

　　由XTR115構成應變橋電流變送器的電路如圖2所示。將腳3視為公共地，由腳1給應變橋提供+2.5V的電源電壓。前置放大器采用TL061型單運放（亦可采用OPA2277型雙運放，僅用其中的一個運放），由+5V穩壓器單獨給運放供電。RI為20kΩ輸入電阻，C為降噪電容，VT為外部NPN功率管，可選2N4922，TIP29C或TIP31B等型號。以2N4922為例，其主要參數為UCEO=60V，ICM=1A，PCM=30W.該電路的工作原理是當試件受力時，應變橋輸出的電壓信號首先經過前置放大器放大成0.8~4V的輸入電壓UI，再通過RI轉換成40~200μA的輸入電流II，最后經XTR115放大100倍后獲得4~20mA的電流。

　　需要指出，XTR115只能配NPN功率管，不能配MOS場效應功率管。外部功率管應滿足XTR115對電壓、電流的要求，使用中還須給功率管裝上合適的散熱器。

　　保護電路的設計

　　保護電路應兼有反向電壓保護與正向過壓保護兩種功能。XTR115的保護電路如圖3所示。反向電壓保護電路由二極管整流橋VD1~VD4組成，可防止因將環路電源的極性接反而損壞芯片。整流二極管可選用1N4148型高速硅開關二極管，其主要參數為URM=75V，Id=150mA，trr=4ns.采用橋式保護電路之后就不用再考慮環路電源的極性，因為，無論Us的極性是否接反，它總能保證U+端接得是正電壓。鑒于在任何時刻整流橋上總有兩只二極管導通，因此，在計算環路電壓ULOOP時須扣除兩只硅二極管的正向壓降（約為1.4V），由式（2）確定。

　　ULOOP=Us-IORL-1.4（2）

　　過壓保護電路采用一只1N4753A型穩壓管，其穩定電壓為36V，穩定電流為7.0mA.當環路電壓過高時就被鉗位到36V.實驗證明，即使環路電壓達到65V，XTR115也不會損壞。為了改善瞬態過壓保護特性，還可采用Motorola公司生產的P6KE39A型瞬態電壓抑制器（其英文縮寫為TVS，亦稱瞬變電壓抑制二極管）來代替穩壓管。P6KE39A的鉗位電壓UB=39V，鉗位時間僅為1ns，其性能遠優于齊納穩壓管

　　配J型熱電偶的電流變送器電路

　　由XTR101構成帶冷端溫度補償功能的J型熱電偶輸入電路，如圖4所示。該電路可將溫度信號轉換成4~20mA的電流信號。Rs為滿量程（SPAN）設定電阻，其電阻值由式（3）確定。

　　Rs=40/［（ΔIo/U1）-0.016］（3）

　　式中：ΔIo=20mA-4mA=16mA.

　　例如，當UI=100mV時，由式（3）不難算出，Rs=278Ω。Rs的引線應盡量短，以減小干擾。當Rs=∝時，UImax=1V.Rp為調零電位器，在0℃下調整Rp可使Io=4mA.冷端溫度補償電路由二極管VD1，分壓電阻R1和R2組成，R1及R2均采用精密金屬膜電阻。

　　J型熱電偶在-200℃~+750℃測溫范圍內的平均溫度系數αT=+51.70μV/℃。硅二極管正向壓降的溫度系數αD≈-2.1mV/℃，經過R1和R2分壓后

　　αD′=αD？［R1/（R1+R2）］=-2.1×［51/（2×10 3+51）］=-52μV/℃≈-αT

　　因為αD′與αT的大小相等而方向相反，二者又分別接到XTR101的負輸入端和正輸入端上，所以在室溫下二者能互相抵消，從而實現了冷端溫度（即環境溫度）補償，使溫差熱電勢僅僅與被測溫度有關（e=αTT），不受環境溫度變化的影響。XTR101能輸出兩路1mA激勵電流，分別接J型熱電偶和電阻分壓器。反向電壓保護電路由VD2組成，當Us接反時VD2截止，電源不通。正常工作時VD2導通，環路電壓ULOOP=Us-IORL-0.7V.

　　電流變送器技術參數：

　　●精度：優于0.5% ;

　　●非線性失真：優于0.5%;

　　●額定工作電壓Vcc：+24V±20% ，極限工作電壓：≤35V ;

　　●電源功耗：靜態4mA，動態時相等于環路電流，內部限制25mA+10%;

　　●額定輸入：5A……1KA（42個規格）；

　　●穿孔穿芯圓孔直徑：9、12、20、25、30mm;

　　●輸出形式：兩線制DC4~20mA;

　　●輸出電流溫漂系數：≤50ppm/℃；

　　●響應時間：≤100mS;

　　●輸入/輸出絕緣隔離強度：AC3000V / 1min、1mA;

　　●輸出負載電阻：RLmax ≤ （Vcc-10V）/ 20mA

　　●輸入過載保護：30倍1min;

　　●輸出過流限制保護：內部限制25mA+10%;

　　●兩線端口瞬態感應雷與浪涌電流TVS抑制保護能力：TVS抑制沖擊電35A/20ms/1.5KW;

　　●兩線端口設置有+24V電源反接保護；

　　●輸出電流設置有長時間短路保護限制；內部限制25mA+10%.

　　應用場合

　　了解電流變送器的技術原理，對于客戶依據自身產品設計，有積極的指導作用。

　　霍爾原理

　　霍爾原理有閉環霍爾和開環霍爾之分，詳細原理網站上有很多文章可供參考。采用霍爾原理的變送器可以實現交直流通用。

　　電磁隔離原理

　　電磁隔離原里實際上就是互感器原里，雖然是很通用的原理，但是在實際應用中也是最可靠的原理，只是由于只能采集交流電流，所以應用有局限性。

　　磁調制原理

　　磁調制原理有多種形式，但是由于受成本的壓力，通常的磁調制原理在實際應用場合主要用來檢測直流電流。

　　光耦隔離原理

　　主要用來檢測小電流，輸入電流通過電阻光耦隔離原理采樣變成電壓，然后通過光耦隔離實現電氣絕緣，實際應用場合要注意電氣絕緣等級。

　　選型指導：

　　如果電流是直流電流，上述交流型號修改- 一個字母即可，例如：

　　交流電流變送器TA1A5C420V4

　　直流電流變送器TA1D5C420V4