多路压力监测系统硬件设计(3)

西安工业大学毕业设计（论文）

外部环境温度范围 接触液体温度范围

防爆等级

电气管道连接

涂装

输出 供给电源

哈氏合金C

密封件 氟橡胶 丁腈橡胶 聚四氟乙烯 外壳 铝合金

-30℃- +70℃ -40℃- +110℃

隔爆型Exd ll c T6 1区(不含乙炔)

本安型号Exia lic T4 0区 G1/2 内螺纹，1/2NPT内螺纹

丙烯烘漆，金属绿

4-20mA DC 二线制 Hart数字通讯 11.5-30V DC

说明：量程范围/测量范围/精度/最大工作电压：请参照 “标准量程表”外型尺寸如表3.2所示：

表3.2外形尺寸

过程接口 G1/2外螺纹 1/2NPT内螺纹 M20X1.5外螺纹

标准量程表如表3.3所示：

型号 G4 N4 PH

表3.3标准量程表

L(mm) 134

测量方式 表压 绝压 负压

正负压复合

量程范围 40-800KPa 0.1-2MPa 0.5-10MPa 1.25-25MPa 40-800KPa 0.1-2MPa

测量范围 0-800KPa 0-2MPa 0-10MPa 1-25MPa 0-800KPa 0-2MPa

订货代号

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4

精度 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

最大工作压力 1.6MPa 4MPa 20MPa 60MPa 1.6MPa 4MPa 20MPa 60MPa 0.6MPa 0.6MPa 200KPa 800KPa 4MPa 20MPa

0.5-10MPa 0-10MPa 1.25-25MPa 0-35MPa -35-3.5KPa -35-0KPa -100-10KPa -100-0KPa 9.8-100KPa -100-100KPa 4-400KPa -100-400KPa 0.2-2MPa 0.1-2MPa 1-10MPa -0.1-10MPa

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西安工业大学毕业设计（论文） 端子说明如表3.4a,3.4b，3.4c所示：

表3.4a端子说明

记号 SUPPLY+ SUPPLY-

端口名称 G200串行通讯口

记号 SET + -

序号 3 2 1

表3.4b端子说明

端子 电源和输出信号+ 电源和输出信号-

接地

端子说明 电源+

USART同步时钟线 USART同步数据线

电源-

功能 设定键 增加键 减少键

端子序号

1 2 3 4

表3.4c端子说明

序号 3 2 1

打开变送器后盖，可见端子，方为接线端子，序号由左至右为1-3，左侧为通讯端子，序号由上到下为1-4，详见表3.4a，表3.4b。打开变送器后盖，拧松键盘盖板锁定螺丝可取下键盘盖板，进行参数设置。键的序号由左至右为1-3。功能定义见表3.4。

电气连接：

2 出线方式：具有180度双侧出线口，G1/2螺纹配标准的密封电缆接头。 2 防护等级：IP65

负载特性：供给电源/负荷阻抗特性。 3.3.2多路选择开关

多路选择开关采用CD4067,CD4067的引脚图见图3.3。CD4067相当于一个单刀十六掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码ABCD来决定,其真值表如表3.5所示。

图3.3CD4067引脚图

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西安工业大学毕业设计（论文） 表3.5CD4067真值表

D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 X

C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 X

B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 X

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X

INH 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

接通通道

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 均不接通

CD4067是模拟开关，数字电路中模拟开关是很有用的器件，用它来切换数字信号的传输是十分方便的。CD4067是单16路（单刀16位）模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码A、B、C、D来切换。其中脚10、11、13和14是地址码A、B、C、D的输入端；脚2～9和16～23是开关的输入/输出端（开关位）；脚1是开关的输出/输入公共端（开关刀）；脚15为控制端，低电平有效（选通），高电平禁止（开关开路）。CD4067的4位二进制码A、B、C、D共有16种状态，所以可以控制16个开关的通断。 3.3.3I/V转换器

I/V转换器采用ISO-A-P-O系列，其规格如表3.6所示：

表3.6ISO-A-P-O系列I/V转换器规格

输入额定电流 A1:0-1mA A2:0-10mA A3:0-20mA A4:4-20mA A5:自定义

辅助电源 P1:24VDC P2:12VDC P3:5VDC P4:15VDC P5:自定义

输出 01:4-20mA O2:0-20mA O4:0-5V O5:0-10V O6:1-5V

ISO-A-P-O系列I/V转换器具有如下特性：

●低成本，精度等级：0.1级，0.2级，0.5级；

●输入:0-20mA/4-20mA等（阻抗≤250Ω）标准电流信号 ；

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西安工业大学毕业设计（论文） ●输出:0-10mA/0-20mA/4-20mA隔离变换的电流信号；0-5V/0-10V/1-5V等隔离变换的的电压信号；

●信号输入/输出/辅助电源：隔离电压3000VDC三隔离； ●全量程内很高的线性度（非线性度＜0.2%）； ●小体积12Pin SIP，符合UL94-0标准阻燃封装； ●工业级宽温度范围:-40°C ～ +85°C ；

ISO-A-P-O 系列直流电流信号隔离放大器是一种将电流信号转换成按比例输出的隔离电流或电压信号的混合集成电路。该IC内部含有一组高隔离的DC/DC电源和电流信号高效率耦合隔离变换电路等，可以将直流电流小信号进行隔离放大（I/I）输出或直接转换为直流电压（I/V）信号输出。很小的输入电阻（≤250Ω）,较强的带负载能力（电流输出＞650Ω,电压输出≥2KΩ）能实现小信号远程无失真的传输。IC内部可采用陶瓷基板、印刷电阻全SMT的可靠工艺制作及使用新技术隔离措施，使器件能满足信号输入/输出/辅助电源之间3KV三隔离和工业级宽温度、潮湿震动等现场环境。要求外接200K的满度校正多圈电位器，可实现4-20mA/0-20mA/0-5V/0-10V/1-5V等信号隔离转换和一进二出、二进二出功能的变换。 3.3.4信号放大器

美国国家半导体公司(National Semiconductor Corporation)近日宣布推出一款偏置电流低于所有竞争产品的高精度放大器。这款型号为LMP7721的芯片无论在室温之下还是在摄氏-40度至125度的广阔温度范围内，其输入偏置电流保证只有20fA，因此可大幅提高光电二极管及高阻抗传感器的系统灵敏度及准确度。换言之，这款放大器可大幅提高便携式系统及电化传感器接口电路的灵敏度及准确度。LMP7721芯片是美国国家半导体高能源效率Powerwise系列的最新型号产品，该芯片仅用1.3mA电流就可提供高达17MHz的增益带宽。

LMP7721芯片采用美国国家半导体专有VIP50 BiCMOS工艺技术制造，因此内置输入偏置电流消除电路可降低输入偏置电流。而其他竞争产品在高温区的输入偏置电流便远比LMP7721芯片高。以摄氏85度的温度为例来说，LMP7721芯片的输入偏置电流保证只有900fA，比最强劲的竞争对手还低50%。此外，美国国家半导体还为高精度系统提供一个完备的信号路径解决方案。

（1）LMP7721高精度放大器的主要特色：

LMP7721高精度放大器的输入偏置电流最低可达3fA，摄氏25度时输入偏置电流保证不超过20fA，摄氏85度时这个电流值保证不超过900fA，摄氏125度时则保证不超过5pA，而且在整个输入共模电压范围内输入偏置电流都能保持在极低的水平。此外，这款放大器芯片的增益带宽也极高，开环增益更高达120dB，因此可确保信号调整更为准确。此外，LMP7721输入电压噪声只有6.5nV/sqrtHz，摄氏25度时直流偏移电压不超过±150uV，偏移电压温度系数只有1.5uV/°C，上述优点对改善系统的灵敏度及准确度极有帮助。

LMP7721芯片可在1.8V至5.5V的供电电压范围内操作。其采用的8引脚SOIC封装特别将放大器的供电输入与输出引脚相隔离。这种独特的设计可以避免印制电路板的

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西安工业大学毕业设计（论文） 漏电流流入输入引脚，进一步减少系统错误。系统设计工程师只要采用这款LMP7721芯片，便可取代放大器及分立式双输入MOSFET晶体管，为印制电路板节约约50%的空间。 （2）LMP7721高精度放大器的技术指标如表3.7所示：

表3.7LMP7721高精度放大器的技术指标

25°C输入偏置电流 85°C输入偏置电流

失调电压 失调电压漂移 DC开环增益 DC共模抑制比 输入电压噪声（在f=1kHz）

THD 电源电流

增益带宽积（GBW） 压摆率（下降边沿）

电源电压 工作温度范围

3.3.5A/D转换器

±20fA ±900fA ±26uV -1.5uV/°C 120dB 100dB 6.5nV/sqrtHz 0.0007% 1.3mA 17MHz 12.76V/us 1.8V-5.5V -40°C - +125°C

AD574A 是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速 12 位逐次比较型 A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器。

（1）AD574A主要功能特性如下：

●分辨率：12 位

●非线性误差：小于±1/2LBS 或±1LBS ●转换速率：25us

●模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种 ●电源电压：±15V和5V

●数据输出格式：12位/8位

●芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式 （2）AD574A引脚说明如下：

[1]pin1(+5V)——+5V电源输入端；

[2]pin2(12/8)——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8

位输出；

[3]pin3(CS)——片选端；

[4]pin4(A0)——字节地址短周期控制端。与端用来控制启动转换的方式和数

据输出格式。须注意的是，12/8端TTL电平不能直接与+5V或0V连接；

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