技術(shù)干貨 | 基于晶華微SD23P202的溫度變送器解決方案

一、概述

在工藝介質(zhì)生產(chǎn)過程中，溫度測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。實(shí)現(xiàn)了溫度信號的線性化處理、冷端補(bǔ)償、以及在線標(biāo)定，信號轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1%。?

二、功能指標(biāo)

? ? ???信號輸入： ? ??熱電阻(RTD)：PT100, PT1000, Cu50 ? ??熱電偶(TC)：K, E, S, B, J, T, R, N ? ? 傳感器檢測：開路、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、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

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)，適合熱電偶測量對溫漂敏感的應(yīng)用。內(nèi)置DSP，集成溫度校準(zhǔn)算法，支持溫度單位、分度號、阻尼、量程上下限、偏移值組態(tài)設(shè)置，支持傳感器開短路檢測。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，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：開路、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：℃，℉ ???分度號選擇 ? ??偏移值：對當(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)償溫度傳感器無需校準(zhǔn)

???輸入類型與范圍

???其他功能

? ??密碼設(shè)置，可對芯片加密，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)傳感器恒流激勵與比例測量，有效降低整機(jī)測量溫漂與方案的復(fù)雜程度。4-20mA部分通過外部運(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)信號標(biāo)定，且溫度變送器送器方案支持的分度號與量程不固定，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。

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圖2.?PC生產(chǎn)調(diào)試軟件

基于SD23P202實(shí)現(xiàn)的溫度測量與變送方案，外圍電路簡單，測量精度高。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。