傳感器變送器簡(jiǎn)化工業(yè)設計

　傳感器變送器常用于在過(guò)程工業(yè)中幫助控制溫度、壓力和流量等參數。例如，我們可以在食品飲料、制藥和環(huán)境控制過(guò)程中看到溫度變送器（TT）。在化學(xué)工業(yè)中，溫度變送器用于確?；瘜W(xué)反應器中的溶液保持在某個(gè)恒定溫度。

　　傳感器變送器的基本功能有3個(gè)：收集傳感器數據；隔離傳感器與中央控制器；沿4~20mA環(huán)路發(fā)送代表測得數量的電流。開(kāi)發(fā)傳感器變送器應用的工程師都面臨一個(gè)問(wèn)題：設計時(shí)間曠日持久。設計期間，工程師必須為每種傳感器進(jìn)行專(zhuān)門(mén)配置并開(kāi)發(fā)一些特殊的功能。

　　溫度變送器的基礎知識

　　圖1顯示了一款典型的溫度變送器方塊圖。它讀取溫度敏感元件（例如熱電偶等）采集的數據，然后通過(guò)一條較長(cháng)的線(xiàn)纜將這一信息發(fā)送出去。

　　圖1：典型的溫度變送器方塊圖。

　　我們可以將各種溫度傳感器連接至變送器的模擬前端（AFE），該模擬前端用于處理傳感器信號的采集和調節。信息被傳送至微控制器進(jìn)行信號處理，最后再以電流的形式通過(guò)隔離層向環(huán)路發(fā)送。溫度變送器由該環(huán)路自身供電，因此，在達到最高精度的同時(shí)使功耗盡可能降低至關(guān)重要。

　　溫度傳感應用

　　各種傳感器被用于監測溫度，例如電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶。

　　RTD的電阻隨溫度而變化，這些傳感器所使用的最常見(jiàn)的材料是鉑。RTD有一系列阻抗的產(chǎn)品可供選擇，三種常見(jiàn)工業(yè)標準是Pt100（100O）、Pt500（500O）和Pt1000（1000O），RTD常用于-200~800℃之間的應用中。

　　熱電偶由兩種連接在一起的不同金屬制成。與溫度相關(guān)的金屬結點(diǎn)處產(chǎn)生電壓。該結電壓與被稱(chēng)為冷接點(diǎn)的參考電壓進(jìn)行比較。所有熱電偶都要求冷接點(diǎn)參考電壓維持在某個(gè)已知的溫度下。冷接點(diǎn)傳感器對冷接點(diǎn)溫度進(jìn)行監測，利用一個(gè)模擬溫度傳感器（如LM94022）便可以完成這項任務(wù)。利用熱電偶電壓和冷接點(diǎn)電壓之差便可計算出熱電偶接點(diǎn)的溫度。熱電偶可以應用到RTD類(lèi)似的應用中，但精度不同。然而，其卻更加牢靠，并且能夠處理-270~2300℃的溫度范圍。

　　在圖2中，LMP90080在傳感器和微控制器之間提供了完整的信號通路。它具有一個(gè)靈活的輸入多路復用器，能夠讓任何輸入引腳連接到任何A/D轉換器輸入，從而使其能夠與眾多的傳感器（包括熱電偶、2、3、4線(xiàn)RTD以及熱敏電阻器）實(shí)現接口。傳感器AFE擁有兩個(gè)可編程的匹配電流源，能夠以100μA步長(cháng)調節至1mA最大值。這樣便可支持電阻傳感器，例如RTD等。增益可以以1~128的二進(jìn)制因子調節，并且設計人員能夠以單周期設置選擇輸出數據速率（介于1.6775和214.65樣本/s之間的8個(gè)值），從而使其能夠連接到各種傳感器。

　　圖2:LMP90080在傳感器和微控制器之間提供了完整的信號通路。