一种双路冗余模拟量输出电路的制作方法

本实用新型涉及一种双路冗余模拟量输出电路，用于工业生产过程控制中的温度智能测控装置，属于工业生产控制设备技术领域。

背景技术：

在工业生产过程控制中，由于热电阻感温元件测量精度高，性能稳定，加工容易，被广泛应用于工业中低温区的温度测量控制应用领域中。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机监控装置上。热电阻通常安装在工业现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。并且一般工业分布式控制系统(DCS)中对热电阻测量采用电桥方式，这样远距离测量信号容易受到工业现场干扰信号影响。

由于一个回路中电流信号传输不会随电缆线长短而改变大小，并且在工业现场电流信号传输抗干扰能力比电压信号强，因此4～20mA直流电流信号被国际电工委员会(IEC)作为过程控制系统中的标准模拟量信号。因此，在工业现场就地用智能温度测控装置把热电阻测量的温度信号线性的转换成4～20mA标准模拟量信号远程传输给DCS系统，将提高工业设备温度监控的可靠性。由于工业生产过程控制中，有时同一个检测信号需要传输给二个计算机监控装置，因此需要双路冗余4～20mA标准模拟量信号，并且双路冗余的4～20mA电流模拟量的精度和电路工作电压不相关，而一般常用4～20mA电流模拟量输出电路无法达到此要求。

一般常用4～20mA电流模拟量输出电路如图1所示，电路信号转换过程如下：

1.微处理器MCU把需要输出的模拟量信号对应的数字量送给数模转换器DAC，数模转换器DAC把数字量转换成对应的电压信号Vin给运算放大器U1A；

2.运算放大器U1A把输入电压Vin放大到Vo(Vo＝(1+R1/R2)*Vin， 公式1)，

再通过电压跟随器U1B得到和电压Vo相同的电压Vx；

3.电流Io和流过电阻R3的电流应用上可作等同处理，

于是Io＝(Vcc-Vx)/R3；

Io＝(Vcc-Vo)/R3；

Io＝[Vcc-(1+R1/R2)*Vin]/R3 公式2；

得到需要输出的电流信号。

图1中的电阻R1、电阻R2、电阻R3为高精度、低温度系数电阻，电压Vin精度由数模转换器DAC输出保证，因此公式2中的影响电流Io精度的因素主要和电压Vcc有关。

由于一般电压Vcc采用三端电压稳压器得到，因此电压Vcc的稳定性受到三端电压稳压器工作状态的变化影响，导致输出电流Io的精度也受到影响。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：解决了如何将同一个检测信号传输给二个计算机监控装置的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种双路冗余模拟量输出电路，包括微处理器MCU，微处理器MCU连接数模转换器DAC的输入端，数模转换器DAC的输出端连接单路运算放大器U1的正极，其特征在于，所述的单路运算放大器U1的输出端与NMOS管M1的栅极连接，NMOS管M1的源极和单路运算放大器U1的负极均与电阻R1的一端连接，NMOS管M1的漏极分别连接电阻R2的一端、运算放大器U2A的正极、运算放大器U2B的正极，运算放大器U2A的输出端与三极管T1的基极连接，运算放大器U2B的输出端与三极管T2的基极连接，运算放大器U2A的负极分别与电阻R3的一端、三极管T1的发射极连接，运算放大器U2B的负极分别与电阻R4的一端、三极管T2的发射极连接，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端均连接电压Vcc。

优选地，所述的电阻R2的阻值、电阻R3的阻值、电阻R4的阻值相同。

本实用新型提供了一种和电路工作电压不相关的高精度双路冗余模拟量输出电路，并且电路实现简单、可靠。本实用新型的电路不仅适用于双路冗余模拟量输出电路，也适用于多通道双路冗余模拟量输出的智能测控装置；由本电路实现的多路模拟量输出智能测控装置，生产调试简单、方便。

附图说明

图1为一般常用4～20mA电流模拟量输出电路的示意图；

图2为一种双路冗余模拟量输出电路的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实用新型为一种双路冗余模拟量输出电路，如图2所示，其主要由微处理器MCU、数模转换器DAC、单路运算放大器U1、NMOS管M1、双路运算放大器U2(U2A、U2B)、三极管T1、三极管T2和四个高精度电阻(即电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4)，其中电阻R2的阻值、电阻R3的阻值、电阻R4的阻值相同。

微处理器MCU连接数模转换器DAC的输入端，数模转换器DAC的输出端连接单路运算放大器U1的正极，其特征在于，所述的单路运算放大器U1的输出端与NMOS管M1的栅极连接，NMOS管M1的源极和单路运算放大器U1的负极均与电阻R1的一端连接，NMOS管M1的漏极分别连接电阻R2的一端、运算放大器U2A的正极、运算放大器U2B的正极，运算放大器U2A的输出端与三极管T1的基极连接，运算放大器U2B的输出端与三极管T2的基极连接，运算放大器U2A的负极分别与电阻R3的一端、三极管T1的发射极连接，运算放大器U2B的负极分别与电阻R4的一端、三极管T2的发射极连接，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端均连接电压Vcc。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型电路中电阻R1的阻值以250Ω为例，实际根据需要可取其它值。

1.如果电路需要输出4mA电流值，则微处理器MCU通过数模转换器DAC输出1V的电压Vin给单路运算放大器U1。由于单路运算放大器U1的电压跟随作用，电压V1也为1V，因此流过电阻R1的电流为1V电压除以250Ω的电阻等于4mA。这样流过NMOS管M1的电流也为4mA。于是，电路中电压Vo为：Vo＝Vcc-0.004*R2；

运算放大器U2A、运算放大器U2B的电压跟随作用，电压Vx1、电压Vx2的值和电压Vo的值相同，因此电流Io1值为：

Io1＝(Vcc-Vx1)/R3；

Io1＝(Vcc-Vo)/R3；

Io1＝[Vcc-(Vcc-0.004*R2)]/R3；

Io1＝0.004*R2/R3；

由于电阻R2的阻值和电阻R3的阻值相同，因此输出电流Io1的值为4mA，同理输出电流Io2的值也为4mA。

2.如果电路需要输出20mA电流值，则微处理器MCU通过数模转换器DAC输出5V电压Vin给单路运算放大器U1，后面和输出4mA电流值原理一样，Io1＝0.020*R2/R3，因此输出电流Io1的值和输出电流Io2的值均为20mA。

经过上述对图2电路原理分析可知，图2电路输出电流值大小和电压Vcc不相关，因此输出电流不受电压Vcc的温漂和时漂变化而影响，因而可靠地实现了一种和电路工作电压不相关的双路冗余模拟量输出电路。