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传感器变送器在工业设计中的应用

2019年08月29日 08:55   来源:金湖辛德瑞自动化设备有限公司
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传感器变送器常用于在过程工业中帮助控制温度、压力和流量等参数。例如,我们可以在食品饮料、制药和环境控制过程中看到温度变送器(TT)。在化学工业中,温度变送器用于确保化学反应器中的溶液保持在某个恒定温度。

  传感器变送器的基本功能有3个:收集传感器数据;隔离传感器与中央控制器;沿4~20mA环路发送代表测得数量的电流。开发传感器变送器应用的工程师都面临一个问题:设计时间旷日持久。设计期间,工程师必须为每种传感器进行专门配置并开发一些特殊的功能。

  温度变送器的基础知识

  图1显示了一款典型的温度变送器方块图。它读取温度敏感元件(例如热电偶等)采集的数据,然后通过一条较长的线缆将这一信息发送出去。

  图1:典型的温度变送器方块图

  图1:典型的温度变送器方块图。

  我们可以将各种温度传感器连接至变送器的模拟前端(AFE),该模拟前端用于处理传感器信号的采集和调节。信息被传送至微控制器进行信号处理,最后再以电流的形式通过隔离层向环路发送。温度变送器由该环路自身供电,因此,在达到高精度的同时使功耗尽可能降低至关重要。

  温度传感应用

  各种传感器被用于监测温度,例如电阻温度检测器(RTD)和热电偶。

  RTD的电阻随温度而变化,这些传感器所使用的最常见的材料是铂。RTD有一系列阻抗的产品可供选择,三种常见工业标准是Pt100(100O)、Pt500(500O)和Pt1000(1000O),RTD常用于-200~800℃之间的应用中。

  热电偶由两种连接在一起的不同金属制成。与温度相关的金属结点处产生电压。该结电压与被称为冷接点的参考电压进行比较。所有热电偶都要求冷接点参考电压维持在某个已知的温度下。冷接点传感器对冷接点温度进行监测,利用一个模拟温度传感器(如LM94022)便可以完成这项任务。利用热电偶电压和冷接点电压之差便可计算出热电偶接点的温度。热电偶可以应用到RTD类似的应用中,但精度不同。然而,其却更加牢靠,并且能够处理-270~2300℃的温度范围。

  在图2中,LMP90080在传感器和微控制器之间提供了完整的信号通路。它具有一个灵活的输入多路复用器,能够让任何输入引脚连接到任何A/D转换器输入,从而使其能够与众多的传感器(包括热电偶、2、3、4线RTD以及热敏电阻器)实现接口。传感器AFE拥有两个可编程的匹配电流源,能够以100μA步长调节至1mA最大值。这样便可支持电阻传感器,例如RTD等。增益可以以1~128的二进制因子调节,并且设计人员能够以单周期设置选择输出数据速率(介于1.6775和214.65样本/s之间的8个值),从而使其能够连接到各种传感器。

  图2:LMP90080在传感器和微控制器之间提供了完整的信号通路

  图2:LMP90080在传感器和微控制器之间提供了完整的信号通路。


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