溫度變送器進(jìn)行變壓器油溫檢測成本優(yōu)化思路

之前為了簡化設(shè)計(jì)，直接從市場上購買4-20mA的溫度變送器進(jìn)行變壓器油溫檢測。

控制器通過A/D采樣送入DSP，經(jīng)標(biāo)定得到油溫。 如果檢測到的油溫超過85°C，則脫扣并報(bào)警。 今年以前，市場行情不好，工廠經(jīng)營難以為繼。 既然無法開源，就只能考慮節(jié)流。 于是對(duì)控制器的設(shè)計(jì)做了一些分析，發(fā)現(xiàn)變壓器油溫檢測功能可以做一些成本優(yōu)化。 于是找到了我，我設(shè)計(jì)了以下處理電路：

PT100信號(hào)處理電路

我設(shè)計(jì)該電路時(shí)，我做了以下的考慮：

1) R5參數(shù)的選擇

測試溫度范圍定為：-40°C~200°C，對(duì)應(yīng)PT100的阻值為：87Ω~165Ω。 在該范圍內(nèi)，運(yùn)放同相端的電壓都應(yīng)該大于反向端的電壓，所以將R5選為82Ω 1%。

2)基準(zhǔn)電壓的選擇

理想的做法是用精密穩(wěn)壓源如TL431提供基準(zhǔn)電壓，考慮到檢測油溫的主要目的是保護(hù)而非測量。 只需要做到5%的測試精度即可，由AMS1117穩(wěn)壓器提供的電源在全溫度范圍內(nèi)可以達(dá)到2%的精度，根據(jù)推算，檢測的溫度精度與基準(zhǔn)電壓為1:1的關(guān)系，滿足5%的精度要求。

3)電阻R2以及R7的選擇

由于選擇的運(yùn)放為普通的運(yùn)放，其輸入失調(diào)電壓為mV級(jí)，為了避免輸入失調(diào)電壓對(duì)檢測造成影響。運(yùn)放同相端和反相端的輸入電壓至少達(dá)到幾十mV的數(shù)量級(jí)。 所以R2，R7選為1K 1%，在PT100的阻值為87Ω時(shí)，同相端的電壓可以達(dá)到265mV。

4)反饋電阻R1的選擇

為了保證測試精度，減少A/D采樣的分辨率對(duì)精度的影響。 需要盡可能地放大輸入信號(hào)，當(dāng)PT100的阻值為165Ω時(shí)，盡量將電壓放大至2-3V之間，綜合考慮之后，將R1選為100K 1%。 當(dāng)PT100的阻值為165Ω時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓可以達(dá)到2.65V。

5)一些保護(hù)措施

在PT100輸入端口并上TVS以及104的電容，TVS可以對(duì)輸入電壓進(jìn)行鉗位，從而保護(hù)運(yùn)放以及電源。 104的電容可以過濾一些高頻干擾，也可以起到防靜電的作用； 運(yùn)放的最大輸出電壓高達(dá)其工作電壓-1.5V，當(dāng)串入干擾或者接錯(cuò)線時(shí)，這個(gè)電壓完全可以損壞DSP。 因此，在DSP的A/D輸入口通過二極管D3上拉到電源電壓過壓保護(hù)。

我順便問一個(gè)問題，可以采用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行保護(hù)嗎？歡迎網(wǎng)友在評(píng)論區(qū)參與討論。 同時(shí)，并上104電壓C2，與R3構(gòu)成低通濾波電路濾除高頻干擾，也可以起到加快對(duì)A/D采樣的采樣電容的充電，降低采樣時(shí)間，保證采樣速度的作用。 測量數(shù)據(jù)的標(biāo)定也是一個(gè)技術(shù)活；。 所謂標(biāo)定就是DSP將采樣到的A/D數(shù)值根據(jù)公式轉(zhuǎn)換為溫度值的過程。 為此，我用excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了理論處理，如下：

標(biāo)定參數(shù)表

其思路如下：

溫度值->PT100電阻值->運(yùn)放同相端電壓值->運(yùn)放反相端電壓值->運(yùn)放輸出端電壓值->A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值。 溫度值每隔10度取一個(gè)點(diǎn)，從而可以得到A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值和溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。 采用excel的函數(shù)SLOPE以及INTERCEPT計(jì)算出A/D轉(zhuǎn)換與溫度值的線性關(guān)系的斜率k以及截距b。 將斜率k以及截距b保存至DSP中，DSP完成A/D采樣之后，從其存儲(chǔ)空間中讀出斜率k及截距b。 通過公式T=k*ad+b即可以算出溫度值。 最后補(bǔ)充一點(diǎn)，由于R2，R7的值比較小，并沒有遠(yuǎn)大于PT100的電阻。 所以其線性度比較差，可以采用分段線性化標(biāo)定的方法進(jìn)行修正。

編輯：黃飛