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傳感器變送器在工業(yè)設計中的應用

閱讀:982        發(fā)布時間:2019-8-29

傳感器變送器常用于在過程工業(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)境控制過程中看到溫度變送器(TT)。在化學工業(yè)中,溫度變送器用于確保化學反應器中的溶液保持在某個恒定溫度。

  傳感器變送器的基本功能有3個: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。開發(fā)傳感器變送器應用的工程師都面臨一個問題:設計時間曠日持久。設計期間,工程師必須為每種傳感器進行專門配置并開發(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,然后通過一條較長的線纜將這一信息發(fā)送出去。

  圖1:典型的溫度變送器方塊圖

  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(jié)。信息被傳送至微控制器進行信號處理,后再以電流的形式通過隔離層向環(huán)路發(fā)送。溫度變送器由該環(huán)路自身供電,因此,在達到高精度的同時使功耗盡可能降低至關重要。

  溫度傳感應用

  各種傳感器被用于監(jiān)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常見的材料是鉑。RTD有一系列阻抗的產品可供選擇,三種常見工業(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。與溫度相關的金屬結點處產生電壓。該結電壓與被稱為冷接點的參考電壓進行比較。所有熱電偶都要求冷接點參考電壓維持在某個已知的溫度下。冷接點傳感器對冷接點溫度進行監(jiān)測,利用一個模擬溫度傳感器(如LM94022)便可以完成這項任務。利用熱電偶電壓和冷接點電壓之差便可計算出熱電偶接點的溫度。熱電偶可以應用到RTD類似的應用中,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RTD以及熱敏電阻器)實現接口。傳感器AFE擁有兩個可編程的匹配電流源,能夠以100μA步長調節(jié)至1mA大值。這樣便可支持電阻傳感器,例如RTD等。增益可以以1~128的二進制因子調節(jié),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

  圖2:LMP90080在傳感器和微控制器之間提供了完整的信號通路。

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