基于SD23P202實(shí)現(xiàn)的兩線制通用溫度變送器

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。