一种电流型二线制光照强度变送器的设计

具体公式推导如下：
由虚短虚断可知：

取R15远大于R19，且取R19=100，则I=4～20mA。
2．4 稳压电源产生电路
如图5示，电流源使得稳压电源产生电路的输入电流稳定，从而保证其输出电压稳定，即给前端供电的供电电压稳定。稳压二极管D1将在运算放大器UD2正相输入端产生一个2．5 V的基准电压，然后通过由运算放大器UD2、电阻R20、R21构成的放大电路对该基准电压进行放大，从而在运算放大器UD2输出端得到约12V的电压。

具体公式推导为：
由运放虚短虚断可得，

因为Vdd=2．5 V，所以选择合适的电阻R20、R21阻值，就可以得到所要求的输出电压值VDD。

3 实验及结果
在上述电流型二线制光照强度变送器电路中，运放UC1、UC2、UC3、UC4选用OPA481，运放UD1、UD2选用MC33172。运放是电路种主要功耗元件，OPA481及MC33172均为高精度低功耗单电源运放，选用它们可以最大限度地提高转换精度，同时满足电路总功耗小于4 mA的要求(因为电路由外接电源供电，输出最小电流为4mA，电路正常工作前提是电路总功耗必须小于4 mA)。另外电流源D3选用LM234，稳压二极管D1选用LM285-2.5，二极管D2选用1N437，三极管Q1可以选用2N3904。一般电阻均选用精度为1％的精密电阻。硅光电池选用南通大华公司生产的SPS3030，该硅光电池转换线性度好，且受温度影响极小，选用它可以提高变送器电路的转换精度。由于电路中采用了稳压电源产生电路为前端运放电路供电，所以能够最大限度地减少外接电源电压波动对变送器电路造成的影响。
按照上述电路做好PCB板，然后使用上述所选取元器件搭接电路，当光照强度从0～200 klux(光照强度单位)变化时，测量变送器输出端电流大小，实验结果如图6所示。

图6中，横轴表示光照强度，单位为klux；纵轴表示输出电流，单位为mA。实验结果显示该电路很好地实现了将0～200 klux光照强度信号到4～20 mA电流信号的线性转换。其转换精度较高(误差约为1％)，线性度好(近似直线)，能稳定可靠将光照强度转换为4～20 mA电流输出，最终实现了预期目标。

4 结束语
文中详细介绍了电流型二线制光照强度变送器的设计，实验表明设计的变送器精度较高、线性度好、功耗低、性能稳定，在工业中具有良好的应用前景。