CN205750373U - 一种实现4-20mA环路检测的流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流量测量技术领域，尤其涉及一种实现4‑20mA环路检测的流量计，包括MCU、数模转换器、24V供电电路和工业控制室，流量采集信号输入MCU，MCU与数模转换器连接，数模转换器与24V供电电路并供电，数模转换器与工业控制室连接，MCU采用MSP430芯片，数模转换器采用DAC8750芯片，流量采集信号经转换件输入MSP430芯片，DAC8750芯片向工业控制室输出4‑20mA电流。本实用新型的有益效果：周边电路简单，使用器件容易获得，电流输出满足满量程范围±0.1％的典型非调整误差；在不降低环路依从电压的前提下，实现电流输出闭环监控，具有电流环输出开路报警。

Description

一种实现4-20mA环路检测的流量计

技术领域

本实用新型属于流量测量技术领域，尤其涉及一种实现4-20mA环路检测的流量计。

背景技术

为满足工业控制的需求，智能流量转换器需要将瞬时流量信号转换成4-20mA标准模拟量信号，以远距离传输到控制室或者显示设备上。

传统方法为使用V/I转换的方法实现4-20mA模拟量的输出，这种方法的缺点是电路复杂，受温漂影响大，需要使用外部电位计调节电流，操作复杂。现在常用MCU配合数模转换芯片实现，通过单片机编程保证输出电流精度和单调性。但这种方法不能实现电流环路开路的自检测功能，不能保证输出电流的可靠性，当4-20mA环路断路时，无法判断是仪表本身问题，还是远距离传输线的故障。

实用新型内容

为要解决的上述问题，本实用新型提供一种实现4-20mA环路检测的流量计。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种实现4-20mA环路检测的流量计，包括MCU、数模转换器、24V供电电路和工业控制室，流量采集信号输入所述MCU，所述MCU与所述数模转换器连接，所述24V供电电路与所述数模转换器连接并供电，所述数模转换器与所述工业控制室连接，所述MCU采用MSP430芯片，所述数模转换器采用DAC8750芯片，流量采集信号经转换件输入所述MSP430芯片，所述MSP430芯片经所述DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN连接所述DAC8750芯片，所述DAC8750芯片向工业控制室输出4-20mA电流，转换件包括整形模块和放大模块并依次连接。

所述MSP430芯片通过引脚/CS、引脚SCLK、引脚MOSI经光耦合器与所述DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN与所述DAC8750芯片连接，所述DAC8750芯片的引脚IOUT连接所述工业控制室输出4-20mA电流，所述DAC8750芯片的引脚R3-SENSE和引脚BOOST间设置阻值为36-44欧姆，温漂40ppm/℃的高精密电阻，所述DAC8750芯片的引脚 外接一个10kΩ外部电阻，所述24V供电电路的电源上和输出电流端并联电容和双向瞬态抑制二极管。

所述光耦合器选型为ISO7631。

本实用新型的有益效果:周边电路简单，使用器件容易获得，电流输出满足满量程范 围±0.1％的典型非调整误差；在不降低环路依从电压的前提下，实现电流输出闭环监控，具有电流环输出开路报警。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的DAC8750引脚图。

图3为本实用新型的电路图。

图中1、MCU，2、光耦合器，3、数模转换器，4、24V供电电路、5、4-20mA输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的一种具体实施方式做出说明。

本实用新型提供一种实现4-20mA环路检测的流量计，包括MCU、数模转换器、24V供电电路和工业控制室，流量采集信号输入MCU，MCU与数模转换器连接，24V供电电路与数模转换器连接并供电，数模转换器与工业控制室连接，MCU采用MSP430芯片，数模转换器采用DAC8750芯片，流量采集信号经转换件输入MSP430芯片，MSP430芯片经DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN连接DAC8750芯片，DAC8750芯片向工业控制室输出4-20mA电流，转换件包括整形模块和放大模块并依次连接。

MSP430芯片通过引脚/CS、引脚SCLK、引脚MOSI经光耦合器与DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN与DAC8750芯片连接，光耦合器选型为ISO7631，DAC8750芯片的引脚IOUT连接工业控制室输出4-20mA电流，DAC8750芯片的引脚R3-SENSE和引脚BOOST间设置阻值为36-44欧姆，温漂40ppm/℃的高精密电阻，DAC8750芯片的引脚 外接一个10kΩ外部电阻，24V供电电路的电源上和输出电流端并联电容和双向瞬态抑制二极管。

实施例：流量采集信号信号经整形、放大为3V方波输入MCU，MCU采用MSP430芯片系列的MSP430F249芯片，MSP430F249芯片为低功耗芯片，经MSP430F249芯片运计算修正，由MSP430F249芯片的P5.0引脚(/CS)，P5.1(SCLK)，P5.2(MOSI)直接输出数据；

输出数据经光耦隔离输出写入DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN，光耦为单向器件，避免输出与输入之间的相互干扰，同属具有良好的电绝缘能力，由于前端为低阻型电流器件，因此具有很强的共模抑制能力，光耦器件选型为ISO7631。

DCA8750芯片在SCLK的上升沿，数据按由高位到低位的顺序，被装载到DCA8750芯片内部的输入移位寄存器，在DCA8750芯片引脚7LATCH信号的上升沿，输入移位寄存器的数据 传到锁存端，在DCA8750芯片9脚DIN端输入16位数字信号，由硬件自动完成4-20mA的计算，电流自DCA8750芯片19引脚IOUT输出。

为保证电流输出值的可靠性，DAC8750芯片内部，在引脚R3-SENSE和引脚BOOST引脚间提供了一个高精密电阻，阻值为36～44欧姆，温漂40ppm/℃。为保证容许误差，可编程给出一个固定的电流值，通过测量18引脚R3-SENSE和20引脚BOOST间电压，确定R3的阻值，也可以在两引脚外部并联一个高精密电阻，当内部控制寄存器DB13REXT位置0时，外部电阻有效。

DAC8750芯片的引脚外接一个10kΩ外部电阻，当引脚电平拉低时，当MSP430F249芯片检测DAC8750芯片内部状态寄存器，DB2位(I-FLT)，若为1，则为外部电流环路开环或者超出最大环路电压值；否则外部环路正常。

供电电源24V上和输出电流端，并联电容和双向瞬态抑制二极管，减小电源波动对电路的影响，钳位芯片输入电压，保证电路的EMC和EMI性能。

经测试，此方案用于流量计，当转换器瞬时流量为零时，显示输出电流值为3.999mA，当转换器瞬时流量值为满量程时，显示瞬时电流值为19.999mA.当环路电流开路时，仪表界面显示报警。

虽举例为两线4-0mA输出方式，此方案同样适用于三线制或者四线制电流输出电路，适用于各种流量计转换器。

与现有技术相比，选用TI芯片的数模转换芯片DAC8750,通过MSP430低功耗芯片编程输出16位数字信号，再由硬件完成4～20mA电流输出，操作简单，精度高，满足工业过程控制的要求；通过访问内部高精度电阻器监控输出电流，满足电流输出的可靠性；当电流环路开路时，芯片输出低电压报警，且周边电路简单，使用器件容易获得，电流输出满足满量程范围±0.1％的典型非调整误差；在不降低环路依从电压的前提下，实现电流输出闭环监控。

以上对本实用新型的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种实现4-20mA环路检测的流量计，包括MCU、数模转换器、24V供电电路和工业控制室，流量采集信号输入所述MCU，所述MCU与所述数模转换器连接，所述24V供电电路与所述数模转换器连接并供电，所述数模转换器与所述工业控制室连接，所述MCU采用MSP430芯片，所述数模转换器采用DAC8750芯片，流量采集信号经转换件输入所述MSP430芯片，所述MSP430芯片经所述DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN连接所述DAC8750芯片，所述DAC8750芯片向工业控制室输出4-20mA电流，转换件包括整形模块和放大模块并依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种实现4-20mA环路检测的流量计，其特征在于所述MSP430芯片通过引脚/CS、引脚SCLK、引脚MOSI经光耦合器与所述DAC8750芯片的引脚LATCH、引脚SCLK、引脚DIN与所述DAC8750芯片连接，所述DAC8750芯片的引脚IOUT连接所述工业控制室输出4-20mA电流，所述DAC8750芯片的引脚R3-SENSE和引脚BOOST间设置阻值为36-44欧姆，温漂40ppm/℃的高精密电阻，所述DAC8750芯片的引脚ALARM外接一个10kΩ外部电阻，所述24V供电电路的电源上和输出电流端并联电容和双向瞬态抑制二极管。

3.据权利要求2所述的一种实现4-20mA环路检测的流量计，其特征在于所述光耦合器选型为ISO7631。