压力变送器两线制V/I变换器原理分析

压力变送器的核心部件是由传感器、调理电路、两线制V/I变换器构成，它们之间的作用是传感器将温度、压力等物理量转化为电参量，调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出，两线制V/I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流，同时从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用，下面主要分析两线制V/I变换器的原理。

两线制V/I变换器与一般V/I变换器的不同之处在于，电压电压信号不是直接控制输出电流，而是控制整个电路自身耗电电流，还要从电流环路上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电。

上图，OP1、Q1、R1、R2、Rs构成了V/I变换器。

分析负反馈过程：若A点因为某种原因**0V，则运放OP1输出升高，Re两端电压升高，通过Re的电流变大。相当于整体耗电变大，通过采样电阻Rs的电流也变大，B点电压变低（负更多）。结果是通过R2将A点电压拉下来。反之，若A点因某种原因低于0V，也会被负反馈抬高回0V。总之，负反馈的结果是运放OP1虚短，A点电压＝0V。

下面分析Vo对总耗电的控制原理：

假设调理电路输出电压为Vo，则流过R1的电流I1=Vo/R1，运放输入端不可能吸收电流，则I1全部流过R2，那么B点电压VB= -I1*R2 = -Vo*R2/R1，取R1=R2时，有VB=-Vo电源负和整个便送器电路之间只有Rs、R2两个电阻，因此所有的电流都流过Rs和R2。R2上端是虚地（0V），Rs上端是GND，因此R2、Rs两端电压*一样，都等于VB，相当于Rs与R2并联作为电流采样电阻，因此电路总电流：

Is=Vo/(Rs//R2)

如果取R2>>Rs，Is=Vo/Rs

因此，图中取Rs=100欧，当调理电路输出0.4~2V的时候，总耗电电流4~20mA。

若不能满足R2>>Rs也没关系，Rs与 R2并联（Rs//R2）是个固定值，Is与Vo仍然是线性关系，误差比例系数在校准时可以消除。

除了电路正确以外，该电路正常工作还需要2个条件：**要自身耗电尽量小，省下的电流还要供给调理电路以及变送器。其次要求运放能够单电源工作，即在没有负电源情况下，输入端仍能够接受0V输入，并能正常工作。

LM358/324是较常见也是价格较低的单电源运放，耗电400uA/每运放，单电源供电时，输入端从-0.3V~Vcc-1.5V范围内都能正常工作。如果换成OP07等精密放大器，因为输入不允许低至0V，在该电路中反而无法工作。

R5和U1构成基准源，产生2.5V稳定的基准电压。LM385是低成本的微功耗基准，20uA以上即可工作，曲线在100uA附近较平坦，所以通过R5控制电流100uA左右，OP2构成一个同向放大器，将基准放大，向调理电路及传感器供电，因为宽输入电压、低功耗的稳压器**，将基准放大作为稳压电源是一个降低成本的方法。

该部分电路也可以选择现成的集成电路，比如XTR115/116/105等，精度和稳定性比自制的好，自身功耗也更低，成本相对较高。

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