專利名稱：模擬量電壓電流獨立的輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工業(yè)控制系統(tǒng)中的模擬量輸入裝置，更具體地，涉 及一種在工業(yè)控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊的既輸入電壓信號、又輸入電流信號 的模擬量輸入通道中的使電壓信號和電流信號能夠分別獨立輸入的輸入裝置。
背景技術(shù)：
通常，在在工業(yè)控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊中，同一通道既可輸入電壓信 號、又可輸入電流信號。在這樣的模擬量輸入模塊中，輸入裝置大部分采用
具有三個輸入端子的電路結(jié)構(gòu)，即電壓輸入端子、電流輸入端子和公共端。 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的模擬量輸入模塊中常用的具有三個輸入端子的輸入裝 置的典型電路結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，輸入裝置1包括電壓輸入端子VIN、電流輸入端子IIN、 公共端子COM以及在電流輸入端子IIN與公共端COM之間連接的電流采樣 電阻器R。其中電壓輸入端子VIN直接連接到模擬量輸入通道的輸入處理電 路2,電流輸入端子IIN與公共端之間連接的電流采樣電阻器R,用于將經(jīng)由 電流輸入端子IIN輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。
在通常的應(yīng)用中，在輸入電流信號時需要在硬件上通過短接線或開關(guān)元 件等形式將電流輸入端子IIN短接至電壓輸入端子VIN(參見圖1虛線所示)， 從而將與輸入電流信號相應(yīng)的電壓信號輸入到輸入處理電路2。電壓輸入信 號或經(jīng)由電流輸入端子IIN輸入的電流信號所轉(zhuǎn)換成的相應(yīng)電壓信號被輸入 處理電路2進行處理然后輸出到后續(xù)的電路級，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器3。
圖1中的輸入裝置在本質(zhì)上是電壓輸入和電流輸入釆用了相同的輸入 端，即均經(jīng)由電壓輸入端子VIN被輸入到輸入處理電路2。
但是，在很多工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用中，在經(jīng)由電流輸入端子IIN輸入電流 信號的情況下，不希望使用短接線或開關(guān)元件等輔助手段。因此期待設(shè)計出 一種新的模擬量輸入模塊的輸入裝置，使得模擬量輸入模塊的既輸入電壓信號、又輸入電流信號的模擬量輸入通道中的電壓輸入信號和電流輸入信號能 夠分別獨立地被輸入。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是基本解決至少上述問題和/或缺點，并提供至少下面 的優(yōu)點。因此，本實用新型的目的是提供一種工業(yè)控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊的輸入裝置，包括輸入電壓信號的電壓輸入端子；輸入電流信號的電流輸入端 子；公共端子；第一、二、三電阻器，其中，第一電阻器連接在電壓輸入端 子和后級的輸入處理電路的輸入端子之間，第二電阻器連接在電流輸入端子 和所述的輸入處理電路的輸入端子之間，第三電阻器連接在電流輸入端子與 公共端之間。根據(jù)本實用新型的模擬量輸入模塊的輸入裝置，使得模擬量輸入模塊的 既輸入電壓信號、又輸入電流信號的模擬量輸入通道中的電壓輸入信號和電 流輸入信號能夠分別獨立地被輸入。


通過下面參照附圖進行詳細描述，本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的模擬量輸入模塊中的輸入裝置的典型電路結(jié)構(gòu)； 圖2示出了根據(jù)本實用新型的第一實施例的、模擬量輸入模塊中的輸入裝置的電路結(jié)構(gòu)；圖3示出了根據(jù)本實用新型的第二實施例的、模擬量輸入沖莫塊中的輸入 裝置的電路結(jié)構(gòu)。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例進行說明。附圖中相同的附圖 標(biāo)記指代相同的電路元件。圖2示出了根據(jù)本實用新型的第一實施例的、模擬量輸入模塊中的輸入 裝置的電路結(jié)構(gòu)。在第一實施例中，輸入裝置1向后級電路提供單端輸入信 號，并且在經(jīng)由電流輸入端子IIN輸入電流信號的情況下，不需要使用短接線或開關(guān)元件等輔助手段。
如圖2所示，輸入裝置1包括電壓輸入端子VIN、電流輸入端子IIN、 公共端子C0M以及電阻器R1、 R2和R3。其中，電阻器R1連接在電壓輸入 端子VIN和后級的輸入處理電路2之間，電阻器R2連接在電流輸入端子IIN 和后級的輸入處理電路2之間，電阻器R3連接在電流輸入端子IIN與公共端 COM之間。
當(dāng)輸入電壓信號V時，在輸入處理電路2的輸入端Ul的電壓由下面等 式(1 )來近似計算
輸入端Ul的電壓-Vx ( R2+R3 ) / ( R1+ R2+R3 )……(1 )
由于輸入處理電路2中一般存在阻抗隔離緩沖器，因此在上述計算中認(rèn) 為輸入處理電路2的等效輸入阻抗無限大。
當(dāng)輸入電流信號I時，在輸入處理電路2的輸入端Ul的電壓由下面等式 (2)來計算
輸入端U1的電壓-IxR3...... (2)
由于輸入處理電路2中一般存在阻抗隔離緩沖器，因此在上述計算中認(rèn) 為輸入處理電路2的等效輸入阻抗無限大；且由于作為電流取樣電阻器的電 阻器R3電阻值一般要求較小，所以認(rèn)為輸入電流I近似地均流過電阻器R3。
從等式(1)或(2)可以看出分別與電壓輸入信號V或電流輸入信號 成比例轉(zhuǎn)換的電壓信號，即輸入端Ul的電壓信號，可以直接被輸入處理電 路2進行處理，然后輸出到后續(xù)的電路級，如單端輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器3。不 需要現(xiàn)有技術(shù)中針對電流輸入信號所使用的短接線或開關(guān)元件等輔助手段。
圖3示出了根據(jù)本實用新型的第二實施例的、模擬量輸入模塊中的輸入 裝置的電路結(jié)構(gòu)。在第二實施例中，輸入裝置1向后級電路提供雙端差分輸 入信號，并且在經(jīng)由電流輸入端子IIN輸入電流信號的情況下，不需要使用 短接線或開關(guān)元件等輔助手段。
如圖3所示，輸入裝置1包括電壓輸入端子VIN、電流輸入端子IIN、 公共端子COM以及電阻器Rl、 R2、 R3和R4。其中，電阻器R1連接在電 壓輸入端子VIN和后級的輸入處理電路2的輸入端Ul之間，電阻器R2連 接在電流輸入端子IIN和后級的輸入處理電路2的輸入端Ul之間，電阻器 R3連接在電流輸入端子IIN與公共端COM之間，電阻器R4連接在公共端 COM與輸入處理電路2的另 一輸入端U2之間。當(dāng)輸入電壓信號V時，在輸入處理電路2的輸入端Ul的電壓由下面等 式(3)來計算輸入端Ul的電壓-Vx ( R2+R3 ) / ( R1+ R2+R3 )...…(3 ) 輸入端U2的電壓=0......( 4 )由于輸入處理電路中 一般存在阻抗隔離緩沖器，因此在上述計算中認(rèn)為 輸入處理電路2的等效輸入阻抗無限大。當(dāng)輸入電流信號I時，在輸入處理電路2的輸入端Ul的電壓由下面等式 (4)來計算輸入端Ul的電壓4xR3...... ( 5 )輸入端U2的電壓=0...... (6)由于輸入處理電路2中一般存在阻抗隔離緩沖器，因此在上述計算中認(rèn) 為輸入處理電路2的等效輸入阻抗無限大；且由于作為電流取樣電阻器的電 阻器R3電阻值一般要求較小，所以認(rèn)為輸入電流I近似地均流過電阻器R3。 從等式(3)、 (4)或(5)、 (6)可以看出與電壓輸入信號V或電流 輸入信號I成比例轉(zhuǎn)換的電壓信號(即輸入端Ul的電壓信號)以及輸入端 U2的電壓信號作為差分信號，分別可以直接被輸入處理電路2進行處理然后 輸出到后續(xù)的電路級，如雙端差動輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器3。不需要現(xiàn)有技術(shù)中 針對電流輸入信號所使用的短接線或開關(guān)于元件等輔助手段。輸入處理電路包括濾波電路，阻抗匹配電路。如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器是單輸入 通道的，輸入處理電路還包括多路選擇開關(guān)。在大部分應(yīng)用中，模擬量輸入阻抗一般要求電壓輸入才莫式10K Q 500K Q電流輸入才莫式20 Q 300 O由于輸入處理電路中通常存在阻抗隔離緩沖器，則本實用新型第一、第 二實施例的輸入阻抗可以如下取值電壓輸入模式10K Q<R1+R2+R3<500K Q 電流輸入模式20 CKR3<300 Q 根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量程范圍，選擇合適的精密電阻器R1、 R2和R3，就 可以得到轉(zhuǎn)換后的電壓輸入U1或U1、 U2給后續(xù)電路。為了方便電路阻抗的匹配實現(xiàn)，在第二實施例中可以選取R4 = R2 =Rl。雖然已參照本實用新型的某些優(yōu)選實施例示出并描述了本實用新型，但 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型 的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細節(jié)上對其做出各種變化。
權(quán)利要求1. 一種模擬量電壓電流獨立的的輸入裝置，包括輸入電壓信號的電壓輸入端子；輸入電流信號的電流輸入端子；公共端子；其特征在于所述輸入裝置還包括第一、二、三電阻器，其中，第一電阻器連接在電壓輸入端子和后級的輸入處理電路的輸入端子之間，第二電阻器連接在電流輸入端子和所述的輸入處理電路的輸入端子之間，第三電阻器連接在電流輸入端子與公共端之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的模擬量電壓電流獨立的輸入裝置，其特征在于 還包括第四電阻器，連接在公共端與輸入處理電路的另 一輸入端。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的模擬量電壓電流獨立的輸入裝置，其特征 在于在輸入電壓信號時，第一、二、三電阻器的電阻值之和大于10K Q、小 于500 K Q ;在輸入電流信號時，第三電阻器的電阻值大于20Q、小于30(K)。
4. 如權(quán)利要求2所述的模擬量電壓電流獨立的輸入裝置，其特征在于 第一、二、四電阻器的電阻值相等。
專利摘要一種工業(yè)控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊的輸入裝置，包括輸入電壓信號的電壓輸入端子；輸入電流信號的電流輸入端子；公共端子；第一、二、三電阻器，其中，第一電阻器連接在電壓輸入端子和后級的輸入處理電路的輸入端子之間，第二電阻器連接在電流輸入端子和所述的輸入處理電路的輸入端子之間，第三電阻器連接在電流輸入端子與公共端之間。
文檔編號H03K19/00GK201097175SQ200720155930
公開日2008年8月6日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者楊賢紅, 陳振波 申請人:施耐德電器工業(yè)公司