一、概述

在工藝介質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度測(cè)量已成為必不可少的重要指標(biāo)。本文設(shè)計(jì)了一種基于SD23P202實(shí)現(xiàn)的兩線制通用溫度變送器，能夠處理熱電阻、所有類型熱電偶以及電阻、電壓輸入信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了溫度信號(hào)的線性化處理、冷端補(bǔ)償、以及在線標(biāo)定，信號(hào)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1%。?

二、功能指標(biāo)

? ?信號(hào)輸入：

熱電阻(RTD)：PT100, PT1000, Cu50

熱電偶(TC)：K, E, S, B, J, T, R, N

傳感器檢測(cè)：開(kāi)路、短路

??輸出：

輸出范圍：兩線制4-20mA

輸出精度：0.1% F.S（最小分辨≈1uA）

負(fù)載電阻：RL≤(Ue-8)/0.021

??刷新速率：＜4Hz

??綜合精度：0.1% F.S

??溫度漂移：35ppm

??組態(tài)設(shè)置：支持分度號(hào)、溫度單位、阻尼、偏移設(shè)置、量程上下限設(shè)置

? ?冷端補(bǔ)償：

補(bǔ)償傳感器：內(nèi)置

補(bǔ)償精度：0.5℃

補(bǔ)償范圍：-20~75℃

? ?熱電阻接線方式：兩線、三線、四線

? ?電磁兼容：符合GB/T18268工業(yè)設(shè)備應(yīng)用要求(IEC61326-1)

? ?其他功能：密碼功能

三、方案優(yōu)勢(shì)

SD23P202內(nèi)部集成24位高精度低噪聲模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（SDADC），儀表放大器，低溫漂基準(zhǔn)，OP，16位PDM，非常適合RTD、TC等溫度傳感器應(yīng)用。內(nèi)置OP，可滿足熱電阻測(cè)量時(shí)兩線、三線、四線比例接法。內(nèi)置溫度傳感器，可做熱電偶測(cè)量冷端補(bǔ)償使用，補(bǔ)償精度0.5℃。支持外部基準(zhǔn)，適合熱電偶測(cè)量對(duì)溫漂敏感的應(yīng)用。內(nèi)置DSP，集成溫度校準(zhǔn)算法，支持溫度單位、分度號(hào)、阻尼、量程上下限、偏移值組態(tài)設(shè)置，支持傳感器開(kāi)短路檢測(cè)。16位PDM可用于4-20mA輸出，分辨率≈1uA。支持電腦和手機(jī)端調(diào)試，校準(zhǔn)參數(shù)保存在芯片內(nèi)部。

方案設(shè)計(jì)中使用PDM產(chǎn)生4-20mA電流，在電流環(huán)的響應(yīng)上較PWM更有優(yōu)勢(shì)，電流環(huán)的穩(wěn)定性更好，但分辨率不及PWM方式，在溫度變送器這種工業(yè)儀表中，穩(wěn)定性明顯是更重要的指標(biāo)。

四、功能支持

??信號(hào)輸入

熱電阻(RTD)：PT100, PT1000, Cu50

熱電偶(TC)：K, E, S, B, J, T, R, N

傳感器檢測(cè)：開(kāi)路、短路

接線方式：熱電阻支持兩線、三線、四線切換

??變送輸出

輸出范圍：兩線制4-20mA

輸出精度：0.1% F.S（最小分辨≈1uA）

負(fù)載電阻：RL≤(Ue-8)/0.021

??組態(tài)功能

量程上下限設(shè)置

溫度單位設(shè)置：℃，℉

??分度號(hào)選擇

偏移值：對(duì)當(dāng)前結(jié)果進(jìn)行微調(diào)

阻尼，結(jié)果刷新速率設(shè)置，最大15S

??冷端補(bǔ)償

內(nèi)置溫度傳感器，補(bǔ)償精度0.5℃

冷端補(bǔ)償范圍：-20~75℃

冷端補(bǔ)償溫度傳感器無(wú)需校準(zhǔn)

???輸入類型與范圍

???其他功能

密碼設(shè)置，可對(duì)芯片加密，加密后的芯片調(diào)試與修改需首先輸入密碼。

五、硬件實(shí)現(xiàn)

基于SD23P202實(shí)現(xiàn)的溫度變送器，內(nèi)置OP可實(shí)現(xiàn)傳感器恒流激勵(lì)與比例測(cè)量，有效降低整機(jī)測(cè)量溫漂與方案的復(fù)雜程度。4-20mA部分通過(guò)外部運(yùn)放與PDM實(shí)現(xiàn)。

圖1.?硬件電路圖

六、生產(chǎn)與總結(jié)

整機(jī)方案除了貼片加工外，還需要電流環(huán)校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)標(biāo)定，且溫度變送器送器方案支持的分度號(hào)與量程不固定，為保證后期更改傳感器與量程的方便，可借助手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)，通過(guò)OTG或藍(lán)牙的方式與待調(diào)試樣機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)手操器功能。PC生產(chǎn)軟件如圖2所示。

圖2.?PC生產(chǎn)調(diào)試軟件

基于SD23P202實(shí)現(xiàn)的溫度測(cè)量與變送方案，外圍電路簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高。使用內(nèi)置PDM實(shí)現(xiàn)的4-20mA電流環(huán)變送輸出，滿足精度的情況下，保證了電流環(huán)的分辨率、穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。

審核編輯 黃昊宇