專利名稱：基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器。
背景技術：
現有的機械溫控儀輸出4mA-20mA電流的變化都是通過機械電位器旋轉改變電阻再通過信號轉換裝置，將信號輸入電子數顯儀進行匹配。使用機械電位器就造成了機械溫控儀中機芯軸必須帶動機械電位器調節端運動，使得機械指針旋轉中具有一定的阻力，從而降低機械溫控儀的指示精度；機芯軸只能在一定范圍內旋轉，機械電位器在這個范圍內阻值較大，制作材料容易受環境溫度影響，所以使得輸出的電阻值精度不高，造成機械溫控儀與電子數顯儀之間同步性較差；而且機械溫控儀的機芯軸與機械電位器調節端連接同心度要求比較高，使得安裝工藝要求比較高，安裝麻煩。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于磁性角度編碼器的 4mA-20mA信號發生器的技術方案。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，包括機械儀表指針、機械儀表刻度盤、機芯軸、安裝架、機械扇齒和機械儀表刻度盤支撐架，其特征在于所述的機芯軸一端穿過機械儀表刻度盤連接機械儀表指針，機芯軸另一端的末端設置有磁鋼安裝銅套， 磁鋼安裝銅套內配合設置磁鋼；在磁鋼安裝銅套下方配合設置磁性角度編碼器灌封鋁盒， 磁性角度編碼器灌封鋁盒內設置有磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路和電源電路， 磁鋼角度檢測電路內的磁性角度編碼器設置在磁性角度編碼器灌封鋁盒的表面，磁性角度編碼器與磁鋼的間距設置為0. 8mm-l. 5mm。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的磁鋼直徑為6mm，徑向沖磁。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的4_20mA 電流輸出電路和電源電路通過導線與電子數顯儀相連。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的電源電路為磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路供電。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的磁鋼角度檢測電路采用AS5043芯片。所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的4_20mA 電流輸出電路采用XTRl 15UA芯片。本發明采用磁性角度編碼器與機芯軸非接觸的方式，減少了機芯軸旋轉的阻力， 增加了機械溫控儀的指示精度；磁性角度編碼器在全溫范圍精度為士0.9度，這就大大提高了檢測精度，保證了機械溫控儀與電子數顯儀同步性溫度顯示；只需在機械溫控儀的機械機芯軸下安裝一銅套，銅套內安裝一顆直徑為6mm、徑向沖磁的磁鋼即可，磁性角度編碼
3器安裝在磁鋼下0. 8mm-l. 5mm處，檢測磁鋼N-S極的旋轉角度；4mA-20mA電流的變化輸出采用專用芯片XTR115UA，提高了電子數顯儀顯示的穩定性；本發明還具有安裝方便，調試簡單，性能穩定等優點。
圖1為本發明的結構示意圖2為本發明磁鋼角度檢測電路的結構示意圖； 圖3為本發明4-20mA電流輸出電路的結構示意圖； 圖4為本發明電源電路的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明做進一步說明
本發明利用磁性角度編碼器，檢測相應磁鋼N-S極旋轉角度，通過芯片內部解碼電路產生電壓變化，運用角度編碼器的電壓變化通過運放電路或者電壓轉電流芯片產生0-25mA 的可變恒流源。本發明包括機械儀表指針1、機械儀表刻度盤2、機芯軸3、安裝架9、機械扇齒10 和機械儀表刻度盤支撐架11，機芯軸3 —端穿過機械儀表刻度盤2連接機械儀表指針1， 機芯軸3另一端的末端設置有磁鋼安裝銅套4，磁鋼安裝銅套4內配合設置磁鋼，磁鋼直徑為6mm，徑向沖磁；在磁鋼安裝銅套4下方配合設置磁性角度編碼器灌封鋁盒6，磁性角度編碼器灌封鋁盒6內設置有磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路和電源電路，磁鋼角度檢測電路采用AS5043磁性角度編碼芯片，其自帶解碼功能，4-20mA電流輸出電路采用XTR115UA芯片，其內部運算的放大倍數設置為100倍，電源電路為磁鋼角度檢測電路、 4-20mA電流輸出電路供電，4-20mA電流輸出電路和電源電路通過導線7與電子數顯儀8相連；磁鋼角度檢測電路內的磁性角度編碼器5設置在磁性角度編碼器灌封鋁盒6的表面，磁性角度編碼器5與磁鋼的間距設置為0. 8mm-l. 5mm。各個部件的作用
機械儀表指針1 指示刻度盤上的數據； 機械儀表刻度盤2 顯示機械刻度；
機芯軸3 連接儀表指針及磁鋼安裝銅套，帶動指針及磁鋼旋轉，同時保證指針及磁鋼在同一直線上，即保證同心度；
磁鋼安裝銅套4 固定磁鋼用，并確保磁鋼與機芯軸處于同心圓中；
磁性角度編碼器5 監控磁鋼旋轉，磁鋼旋轉即可改變磁性角度編碼器內部數據；
磁性角度編碼器灌封鋁盒6 安裝本發明電路；
導線7 :4-20mA電流或者0-5V電壓輸出引線及電源線；
電子數顯儀8 電子顯示機械儀表盤上的數據；
安裝架9 確保機芯軸與機械儀表指針、磁鋼及磁性角度編碼器灌封鋁盒的同心度； 機械扇齒10 帶動機械機芯軸旋轉； 機械儀表刻度盤支撐架11 安裝刻度盤用。工作時，外界動力設備推動機械扇齒10帶動機芯軸3運動，機芯軸3運動帶動機械儀表指針1及磁鋼同時運動，通過磁性角度編碼器5來感應磁鋼N-S極旋轉的角度數據， 進行芯片內部解碼，得到一個0-5V電壓，再經4-20mA電流輸出電路得到一個0_25mA的可變恒流源，將4-20mA的電流輸入到電子數顯儀8中，即可得到機械溫控儀上機械儀表指針 1指示的數據。具體地，將直徑為6mm的徑向充磁的磁鋼裝夾在機芯軸上磁鋼安裝銅套內，由機芯軸的轉動來改變磁鋼N-S極的變化角度，通過磁鋼角度檢測電路來檢測N-S極的角度大小。磁鋼角度檢測電路主要功能是利用芯片AS5043磁性角度編碼器來感應磁鋼N-S 極旋轉的角度；AS5043是一種非接觸式磁性角度編碼器，可精確測量高達360度的角度范圍，可提供一個數字式10位輸出以及一個可編程模擬輸出，輸出量與在芯片上方作旋轉運動的磁鋼的角度存在正比例關系；本發明中主要用到了模擬量0-5V的輸出，通過改變電位器RP的電阻值，改變磁性角度編碼器中的運放比例參數，即可改變模擬量0-5V的輸出范圍或者改變同一角度下輸出電壓的大小，電壓通過0UT_AS端輸入到4-20mA電流輸出電路中； 其中，通過發光二極管Dl還可觀察磁鋼與磁性角度編碼器之間安裝是否到位，磁鋼遠離或者太靠近，發光二極管Dl都會點亮發光。4-20mA電流輸出電路中VIN為磁鋼角度檢測電路0UT_AS端輸出的電壓，經過20K 電阻后，輸入到XTR115UA內部運放的電流為0-250uA，再經過XTR115UA內部設定的比例運放關系，將輸入的0-250uA電流放大100倍，S卩Iout=100 X Iin，電路中，BU406為大功率三極管，主要用于降低XTR115UA的功率消耗，保護芯片安全及穩定性。電源電路采用交直流轉換電路，Tl變壓器采用兩組變壓器，使得兩個直流電源保證不共地使用。交流220V經變壓器轉換為9V及28V電壓，經Dl和D2整流濾波后等到 10. 8V及33. 6V直流電。本發明中使用的直流電源需要的是5V及MV，因此電路中采用了 78系列的三端穩壓器進行穩壓。本電源電路可采用市面上現有的開關電源進行替代。電子數顯儀為市面上現有的，可通過4_20mA電流來顯示相應數據的電子顯示儀。本發明采用磁性角度編碼器與機芯軸非接觸的方式，減少了機芯軸旋轉的阻力， 增加了機械溫控儀的指示精度；磁性角度編碼器在全溫范圍精度為士0.9度，這就大大提高了檢測精度，保證了機械溫控儀與電子數顯儀同步性溫度顯示；只需在機械溫控儀的機械機芯軸下安裝一銅套，銅套內安裝一顆直徑為6mm、徑向沖磁的磁鋼即可，磁性角度編碼器安裝在磁鋼下0. 8mm-l. 5mm處，檢測磁鋼N-S極的旋轉角度；4mA-20mA電流的變化輸出采用專用芯片XTR115UA，提高了電子數顯儀顯示的穩定性；本發明還具有安裝方便，調試簡單，性能穩定等優點。
權利要求
1.基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，包括機械儀表指針、機械儀表刻度盤、機芯軸、安裝架、機械扇齒和機械儀表刻度盤支撐架，其特征在于所述的機芯軸一端穿過機械儀表刻度盤連接機械儀表指針，機芯軸另一端的末端設置有磁鋼安裝銅套，磁鋼安裝銅套內配合設置磁鋼；在磁鋼安裝銅套下方配合設置磁性角度編碼器灌封鋁盒，磁性角度編碼器灌封鋁盒內設置有磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路和電源電路，磁鋼角度檢測電路內的磁性角度編碼器設置在磁性角度編碼器灌封鋁盒的表面，磁性角度編碼器與磁鋼的間距設置為0. 8mm-l. 5mm。
2.根據權利要求1所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的磁鋼直徑為6mm，徑向沖磁。
3.根據權利要求1所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的4-20mA電流輸出電路和電源電路通過導線與電子數顯儀相連。
4.根據權利要求1所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的電源電路為磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路供電。
5.根據權利要求1所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的磁鋼角度檢測電路采用AS5043芯片。
6.根據權利要求1所述的基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器，其特征在于所述的4-20mA電流輸出電路采用XTRl 15UA芯片。
全文摘要
本發明涉及一種基于磁性角度編碼器的4mA-20mA信號發生器。其特征在于所述的機芯軸一端穿過機械儀表刻度盤連接機械儀表指針，機芯軸另一端的末端設置有磁鋼安裝銅套，磁鋼安裝銅套內配合設置磁鋼；在磁鋼安裝銅套下方配合設置磁性角度編碼器灌封鋁盒，磁性角度編碼器灌封鋁盒內設置有磁鋼角度檢測電路、4-20mA電流輸出電路和電源電路，磁鋼角度檢測電路內的磁性角度編碼器設置在磁性角度編碼器灌封鋁盒的表面，磁性角度編碼器與磁鋼的間距設置為0.8mm-1.5mm。本發明采用磁性角度編碼器與機芯軸非接觸的方式，減少了機芯軸旋轉的阻力，增加了機械溫控儀的指示精度，具有安裝方便，調試簡單，性能穩定等優點。
文檔編號G01D5/16GK102252701SQ20111015995
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者俞偉, 鳳嵐 申請人:俞偉