溫度變送器進行變壓器油溫檢測成本優(yōu)化思路

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

控制器通過A/D采樣送入DSP，經標定得到油溫。 如果檢測到的油溫超過85°C，則脫扣并報警。 今年以前，市場行情不好，工廠經營難以為繼。 既然無法開源，就只能考慮節(jié)流。 于是對控制器的設計做了一些分析，發(fā)現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，我設計了以下處理電路：

PT100信號處理電路

我設計該電路時，我做了以下的考慮：

1) R5參數的選擇

測試溫度范圍定為：-40°C~200°C，對應PT100的阻值為：87Ω~165Ω。 在該范圍內，運放同相端的電壓都應該大于反向端的電壓，所以將R5選為82Ω 1%。

2)基準電壓的選擇

理想的做法是用精密穩(wěn)壓源如TL431提供基準電壓，考慮到檢測油溫的主要目的是保護而非測量。 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可以達到2%的精度，根據推算，檢測的溫度精度與基準電壓為1:1的關系，滿足5%的精度要求。

3)電阻R2以及R7的選擇

由于選擇的運放為普通的運放，其輸入失調電壓為mV級，為了避免輸入失調電壓對檢測造成影響。運放同相端和反相端的輸入電壓至少達到幾十mV的數量級。 所以R2，R7選為1K 1%，在PT100的阻值為87Ω時，同相端的電壓可以達到265mV。

4)反饋電阻R1的選擇

為了保證測試精度，減少A/D采樣的分辨率對精度的影響。 需要盡可能地放大輸入信號，當PT100的阻值為165Ω時，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PT100的阻值為165Ω時，運放的輸出電壓可以達到2.65V。

5)一些保護措施

在PT100輸入端口并上TVS以及104的電容，TVS可以對輸入電壓進行鉗位，從而保護運放以及電源。 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； 運放的最大輸出電壓高達其工作電壓-1.5V，當串入干擾或者接錯線時，這個電壓完全可以損壞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。

我順便問一個問題，可以采用穩(wěn)壓二極管進行保護嗎？歡迎網友在評論區(qū)參與討論。 同時，并上104電壓C2，與R3構成低通濾波電路濾除高頻干擾，也可以起到加快對A/D采樣的采樣電容的充電，降低采樣時間，保證采樣速度的作用。 測量數據的標定也是一個技術活；。 所謂標定就是DSP將采樣到的A/D數值根據公式轉換為溫度值的過程。 為此，我用excel對數據進行了理論處理，如下：

標定參數表

其思路如下：

溫度值->PT100電阻值->運放同相端電壓值->運放反相端電壓值->運放輸出端電壓值->A/D轉換數值。 溫度值每隔10度取一個點，從而可以得到A/D轉換數值和溫度值的對應關系表。 采用excel的函數SLOPE以及INTERCEPT計算出A/D轉換與溫度值的線性關系的斜率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。 最后補充一點，由于R2，R7的值比較小，并沒有遠大于PT100的電阻。 所以其線性度比較差，可以采用分段線性化標定的方法進行修正。

編輯：黃飛