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技术干货 | 基于晶华微SD23P202的温度变送器解决方案

来源:杭州晶华微

#杭州晶华微#

09-16 17:46

一、概述

在工艺介质生产过程中,温度测量已成为必不可少的重要指标。本文设计了一种基于SD23P202实现的两线制通用温度变送器,能够处理热电阻、所有类型热电偶以及电阻、电压输入信号。实现了温度信号的线性化处理、冷端补偿、以及在线标定,信号转换准确度优于0.1%。 

二、功能指标

•  信号输入:

    热电阻(RTD):PT100, PT1000, Cu50

    热电偶(TC):K, E, S, B, J, T, R, N

    传感器检测:开路、短路

•  输出:

    输出范围:两线制4-20mA

    输出精度:0.1% F.S(最小分辨≈1uA)

    负载电阻:RL≤(Ue-8)/0.021

•  刷新速率:<4Hz

•  综合精度:0.1% F.S

•  温度漂移:35ppm

•  组态设置:支持分度号、温度单位、阻尼、偏移设置、量程上下限设置

•  冷端补偿:

    补偿传感器:内置

    补偿精度:0.5℃

    补偿范围:-20~75℃

•  热电阻接线方式:两线、三线、四线

•  电磁兼容:符合GB/T18268工业设备应用要求(IEC61326-1)

•  其他功能:密码功能

三、方案优势

SD23P202内部集成24位高精度低噪声模/数转换器(SDADC),仪表放大器,低温漂基准,OP,16位PDM,非常适合RTD、TC等温度传感器应用。内置OP,可满足热电阻测量时两线、三线、四线比例接法。内置温度传感器,可做热电偶测量冷端补偿使用,补偿精度0.5℃。支持外部基准,适合热电偶测量对温漂敏感的应用。内置DSP,集成温度校准算法,支持温度单位、分度号、阻尼、量程上下限、偏移值组态设置,支持传感器开短路检测。16位PDM可用于4-20mA输出,分辨率≈1uA。支持电脑和手机端调试,校准参数保存在芯片内部。

方案设计中使用PDM产生4-20mA电流,在电流环的响应上较PWM更有优势,电流环的稳定性更好,但分辨率不及PWM方式,在温度变送器这种工业仪表中,稳定性明显是更重要的指标。

四、功能支持

•  信号输入

    热电阻(RTD):PT100, PT1000, Cu50

    热电偶(TC):K, E, S, B, J, T, R, N

    传感器检测:开路、短路

    接线方式:热电阻支持两线、三线、四线切换

•  变送输出

    输出范围:两线制4-20mA

    输出精度:0.1% F.S(最小分辨≈1uA)

    负载电阻:RL≤(Ue-8)/0.021

•  组态功能

    量程上下限设置

    温度单位设置:℃,℉

•  分度号选择

    偏移值:对当前结果进行微调

    阻尼,结果刷新速率设置,最大15S

•  冷端补偿

    内置温度传感器,补偿精度0.5℃

    冷端补偿范围:-20~75℃

    冷端补偿温度传感器无需校准

•  输入类型与范围

•  其他功能

    密码设置,可对芯片加密,加密后的芯片调试与修改需首先输入密码。

五、硬件实现

基于SD23P202实现的温度变送器,内置OP可实现传感器恒流激励与比例测量,有效降低整机测量温漂与方案的复杂程度。4-20mA部分通过外部运放与PDM实现。

图1. 硬件电路图

六、生产与总结

整机方案除了贴片加工外,还需要电流环校准和标准信号标定,且温度变送器送器方案支持的分度号与量程不固定,为保证后期更改传感器与量程的方便,可借助手机APP实现,通过OTG或蓝牙的方式与待调试样机相连,实现手操器功能。

PC生产软件如图2所示。

图2. PC生产调试软件

基于SD23P202实现的温度测量与变送方案,外围电路简单,测量精度高。使用内置PDM实现的4-20mA电流环变送输出,满足精度的情况下,保证了电流环的分辨率、稳定性和响应能力。

责编: 爱集微

爱集微

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