帶HART的4-20mA環(huán)路供電溫度傳感器簡(jiǎn)介CMOS模擬開關(guān)

時(shí)間:2019-03-04 ??來(lái)源:敏創(chuàng)電子??編輯:熱敏電阻廠家??瀏覽:次

溫度是工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化中最廣泛測(cè)量的參數(shù)之一。該參考設(shè)計(jì)提供了完整的信號(hào)鏈解決方案，適用于從PT100到PT1000的任何類型的RTD。Novato PT100 2線制環(huán)路供電智能溫度變送器確保了低功耗，易于使用，可靠的溫度測(cè)量解決方案，溫度范圍為-200°C至+ 850°C，精度優(yōu)于0.1％或1.0°C ，在整個(gè)操作范圍內(nèi)，以更準(zhǔn)確的方式。

4-20mA環(huán)路供電智能傳感器變送器參考設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

2線，3線或4線RTD傳感器輸入

測(cè)量-200°C至+ 850°C的溫度范圍

-40°C至+ 85°C的工作范圍

0.03°C溫度分辨率

在+ 23°C時(shí)，誤差<0.05％或±0.2°C（以較大者為準(zhǔn)）

<0.1％跨度誤差或±1.0°C超出工作范圍

12V至40V電源電壓范圍

200μARTD勵(lì)磁電流

自動(dòng)補(bǔ)償3線RTD的線電阻

4-20mA電流環(huán)輸出

10Ω至1kΩ環(huán)路負(fù)載

高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器（HART）通信協(xié)議要求最小負(fù)載為230Ω

傳感器燒壞檢測(cè)

NAMUR向下刻度：<3.2mA

NAMUR向上刻度：可編程從20.5mA到> 24mA

回路電流限制器：30mA±5mA

HART協(xié)議兼容

詳細(xì)說(shuō)明

4-20mA環(huán)路供電智能傳感器變送器的框圖如圖1所示

圖1. 4-20mA環(huán)路供電溫度傳感器框圖。

具有可編程增益和GPIO的16位delta-sigma ADC，帶有128kB閃存（U2）的RL78 / G13瑞薩微控制器，以及基于MAX5216的4-20mA電流環(huán)路發(fā)送器和1.5MHz運(yùn)算放大器（U3和U4）。該調(diào)制解調(diào)器（U7）提供了利用HART協(xié)議在4-20mA電流環(huán)路的數(shù)字接口。該超低靜態(tài)電流線性穩(wěn)壓器（U6）和低壓差電壓基準(zhǔn)器（U5）到整個(gè)電路提供電源和參考電壓。

該設(shè)計(jì)根據(jù)ADC傳遞函數(shù)（公式1和公式2）使用傳感器電阻的比率測(cè)量：

ADCcode =（（V AINP - V AINN））/（V REF /增益）×（2 16 - 1）（等式1）

哪里

（V AINP - V AINN）= I RTD ×R RTD是RTD上的電壓降，

V REF = I RTD ×R REF是參考電阻R REF上的電壓降

公式1可以改寫為：

ADCcode = R RTD /（R REF / gain）×（2 16 - 1）（等式2）

然后根據(jù)Callendar-Van Dusen方程（方程3）將ADC代碼轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)：

R（T）= R 0（1 + A×T + B×T 2 - 100×C×T 3 + C×T 4）（等式3）

哪里

R（T）是溫度T（°C）時(shí)的RTD電阻

R 0是0°C時(shí)的RTD電阻

A，B和C常數(shù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)確定的參數(shù)，并由IEC751標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定; 它們也必須由RTD制造商提供

對(duì)于PT100和電阻溫度系數(shù)：α = 0.003850 [ α =（R 100 - R 0）/（100×R 0）]

A = 3.90830×10 -3

B = -5.77500×10 -7

對(duì)于-200° C≤C≤0 °C， C = 4.18301×10 -12

C = 0表示0°C≤T≤850°C。

如果我們忽略負(fù)溫度系數(shù)C = 4.18301×10 -12（方程4），則可以通過(guò)求解二次方程來(lái)計(jì)算溫度T ：

T（°C）=（-A +√（A 2 - 4B（1 - R RTD / R 0）））/ 2B （等式4）

哪里

R RTD =（ADCcode×R REF）/（（2 16 - 1）×增益）

之后，使用等式Eq將溫度轉(zhuǎn)換為4-20mA回路電流。5：

DACcode = 4mAcode +（20mAcode - 4mAcode）/（Tmax - Tmin）×（T - Tmin）（等式5）

因此，回路電流與溫度（T）成比例。

MAX11213 ADC允許通過(guò)在校準(zhǔn)過(guò)程中測(cè)量該電阻并連續(xù)從每個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果中減去該值來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償傳感器線電阻。線電阻補(bǔ)償技術(shù)是一個(gè)稱為系統(tǒng)偏移校準(zhǔn)的過(guò)程。

在正常操作中，ADC測(cè)量連接器J1的點(diǎn)2和3之間的電壓降，參見圖2。對(duì)于失調(diào)校準(zhǔn)，CMOS模擬開關(guān)器切換到NO（常開）位置，ADC測(cè)量連接器J1的點(diǎn)1和2之間的電壓。換句話說(shuō)，ADC測(cè)量導(dǎo)線電阻并自動(dòng)將該值存儲(chǔ)到系統(tǒng)偏移校準(zhǔn)寄存器中。