今天為大家推薦的【智能溫度變送器參考設計】，具有高精度、信號隔離、LCD顯示、支持HART協議、環(huán)路供電、接口保護等特點，此平臺主要基于ADI的帶自校驗功能的多通道ADC和EPSON公司的超低功耗16位MCU實現。

本設計主IC采用了24位ADC AD7124-4，該IC內部集成了24位∑-△ADC，緩沖器和PGA(可編程增益放大器)。該變送器能將溫度(標準熱電阻或熱電偶)信號轉換為4-20mA信號，由供電環(huán)路輸出。

本參考設計，ADI為您提供：

硬件設計文檔(原理圖、PCB及BOM)

用戶操作手冊

簡要介紹

下圖為參考設計【智能溫度變送器】的電路板實物圖。

1 硬件電路及連接方式

1)電源輸入 12V~39V DC (若更換高電壓 TVS,Vmax 應可最高達 60V)電流輸出(環(huán)路) 4-20mA;

2)信號輸入: 單路熱電偶(K,T)或熱電阻(PT100, PT1000), 后續(xù)可加入其他型號;

3)與 PC 機或工控機通訊，Uart (J4; Txd, Rxd,Gnd) (后續(xù)將改為 HART)。

*本評估套件提供如下接口：

電源/4-20mA電流/Hart信號，三者共用端口

傳感器RTD/TC接入端口

2 工作模式( 傳感器) 選擇

模式切換由三個按鍵+1 個段碼 lcd 實現, 默認為 Run 模式，上電顯示 Start 初始化，切換為純數字則進入 Run 正常工作模式。

1)按鍵 ENTER：Debug(Setup)/Run 模式切換

進入 Debug 模式可實現 2 個功能——

傳感器選擇

當前電流輸出，值由 Mcu 串口設置

2)按鍵 UP：傳感器型號滾動切換 0-9

SEr1: PT100

SEr2: PT1000

SEr8: TC-K

SEr9: TC-T

3)按鍵 DOWN:

選定 SErX 后按下，顯示 OASx, 則目標傳感器設置成功，同是 RTD 或 TC 切換只需按下Reset 鍵即可，若非則需重新上電。

3 Debug 模式下串口電流大小設置

按下 ENTER、鍵后進入 Debug 模式，此時可自由設置電流大小, 目前的通訊由 MCU 的 Uart 直接輸出(J4)，與 PC 相連。 后續(xù) Hart 加上后可由環(huán)路載波輸出。

溫度變送器是將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，主要用于工業(yè)過程溫度參數的測量和控制。其一般采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經過處理電路的處理后，轉換成與溫度成線性關系的0mA～10mA或4～20mA標準化直流電信號輸出。但是，現有的二線制溫度變送器采用分立器件進行搭建，使得其結構復雜，調試困難，精度低，溫度漂移量大。

背景技術：

隨著電子技術的發(fā)展和微機測控技術的應用，應用鉑電阻作為溫度傳感元件的技術已日漸成熟。目前市場上的溫度變送器一般都是由分立元器件搭建的，電路更復雜且精度和穩(wěn)定性不夠好。在溫、濕度變化較大的惡劣環(huán)境應用中，易出現上、下限漂移的現象,使測量結果不準確,造成整個變送器測量準確度下降。

技術實現要素：

本實用新型為解決現有技術中溫度變送器在溫、濕度變化較大的惡劣環(huán)境應用中，易出現上、下限漂移的問題,本實用新型提供一種新的溫度變送器，本實用新型提供的溫度變送器能夠將輸出信號漂移現象減弱，從而提高溫度變送器的精度和穩(wěn)定性。

本實用新型的技術方案如下：

一種溫度變送器，包括中央集成芯片、熱敏電阻Rt、電阻RCM、調零電位器RZ、電阻RLIN、電阻RZ1、調幅電位器RG、電阻RG1，所述中央集成芯片的V+IN端連接所述熱敏電阻Rt的一端，所述熱敏電阻Rt的另一端經電阻RCM連接所述中央集成芯片的IRET端，所述中央集成芯片的VIN端連接所述調零電位器RZ的第二腳，同時所述中央集成芯片的VIN端連接所述中央集成芯片的IR1端，所述中央集成芯片的IR2端經電阻RLIN連接VLIN端,所述調零電位器RZ的第三腳經所述電阻RZ1及所述電阻RCM連接所述中央集成芯片的IRET端，所述中央集成芯片的RG1端連接所述調幅電位器RG的第二腳，所述調幅電位器RG的第三腳經電阻RG1連接所述中央集成芯片的RG2端。

所述溫度變送器還包括三極管，所述三極管的集電極連接輸入電壓端VH端，所述三極管的發(fā)射級連接所述中央集成芯片的E端，所述三極管的基極連接所述中央集成芯片的B端。

進一步地，所述中央集成芯片采用XTR105。

進一步地，所述熱敏電阻Rt采用PT100。

進一步地，所述三極管采用的型號為9013。

本實用新型的有益效果：

1、本實用新型通過在調零電位器RZ、調幅電位器RG上各串聯高精度、高穩(wěn)定度的電阻RG1、電阻RZ1,從而減小調零電位器RZ、調幅電位器RG的阻值范圍,增加了調節(jié)的靈敏度,降低了調節(jié)觸點發(fā)生位移的程度,從而削弱了漂移現象;

2、本實用新型通過采用一個高精度的中央集成芯片XTR105，大大簡化了原來的電路，減少了影響溫度變送器精度和穩(wěn)定性的元素;

3、本實用新型通過采用電容C1、電容C2、電容C3減弱或消除電流回路中陰連接導線較長產生的無線電磁干擾,從而使輸出信號更加穩(wěn)定。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的溫度變送器的電路結構圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本實用新型的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本實用新型的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本實用新型而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本實用新型，并且能夠將本實用新型的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

圖1為本實用新型實施例提供的溫度變送器的電路結構圖，該溫度變送器包括中央集成芯片，該芯片的型號為XTR105，它是高精度的集成電路系統,具有以下功能：

熱敏電阻的激勵;完成溫度和電阻值線性化補償;引線電阻誤差補償;輸出信號轉換、放大;與附加元件實現波動保護和抗干擾;特別是它內部的線性化電路對熱敏電阻提供了二階校正，使線性化質量上提高了40倍;內部放大器增益可以針對測溫裝置的寬廣范圍進行設置;整個的電流轉換器包括熱敏電阻的線性化的全部誤差在滿度-40～+85℃工作范圍內小于±1%。所以在變送器電路組成中不需再配置其它的補償器和放大器，從而大大簡化了現有技術中的電路，減少了影響溫度變送器精度和穩(wěn)定性的元素。

為了對溫度信號進行采集，本實用新型提供的溫度變送器還包括熱敏電阻Rt，該熱敏電阻Rt采用的型號為Pt100，該熱敏電阻Rt的一端連接中央集成芯片的V+IN端，該熱敏電阻Rt的另一端經電阻RCM連接中央集成芯片的IRET端。

進一步地，溫度變送器還包括調零電位器RZ、調幅電位器RG，該調零電位器RZ為-200℃溫度下限(零點)調節(jié)電位器，該調幅電位器RG為溫度上限(滿量程)調節(jié)電位器，通過調整調零電位器RZ、調幅電位器RG的阻值來實現變送器的下、上限值的調校，具體地，調零電位器RZ、調幅電位器RG選擇方式如下：

調零電位器RZ為人為設置，具體阻值可以通過查分度表得知，調幅電位器RG按照以下計算方式求得：

RG=2R1{(R2+RZ)-4(R2RZ)}/(R2-R1)，該計算公式中R1為二分之一額定量程的熱敏電阻Rt阻值，R2為額定量程上限的熱敏電阻Rt值(R1、R2均可查分度表求得)。

該調零電位器RZ、調幅電位器RG的具體連接方式如下：

調零電位器RZ的第二腳連接中央集成芯片的VIN端，該調零電位器RZ的第三腳經電阻RCM連接中央集成芯片的IRET端,該調幅電位器RG的第二腳連接中央集成芯片的RG1端，調幅電位器RG的第三腳連接中央集成芯片的RG2端。

優(yōu)選地，該溫度變送器還包括電阻RZ1及電阻RG1,該電阻RZ1、電阻RG1分別與調零電位器RZ、調幅電位器RG串聯后連接中央集成芯片，具體地，該電阻RZ1的一端連接調零電位器RZ的第三腳，電阻RZ1的另一端經電阻RCM連接中央集成芯片的IRET端，該電阻RG1的一端連接調幅電位器RG的第三腳，電阻RG1另一端連接中央集成芯片的VIN端，通過調零電位器RZ、調幅電位器RG串聯電阻RZ1及電阻RG1來減小調零電位器RZ、調幅電位器RG的阻值范圍，增加調節(jié)的靈敏度，降低了調節(jié)觸點發(fā)生位移的程度,從而削弱了漂移現象。

進一步地，為配合中央集成芯片對熱敏電阻Rt采集的信號進行線性化調整，本實用新型提供的溫度變送器還包括電阻RLIN，該電阻RLIN的一端連接中央集成芯片的VLIN端，電阻RLIN的另一端連接中央集成芯片的IR2端，該電阻RLIN的選擇是由設計的測溫范圍決定，該電阻RLIN的電阻值計算方式為：

RLIN=RCM(RG-R1)/2(2R1-RG-RZ)。

進一步地，該溫度變送器還包括三極管，該三極管采用的型號為9013，該三極管的集電極連接輸入電壓端VH，三極管的基極連接中央集成芯片的B端，三極管的發(fā)射級連接中央集成芯片的的E端，該三極管相當于一個外部放大器,可以隔離大多數中央集成芯片從輸入增益到參考電壓的電源損耗,從而提高了溫度變換器的帶負載的能力,并保證了溫度變送器的精度。如果不使用它,會由于附加內部電源損耗而使精度在某種程度上降低，這種影響在較低的測溫量程(輸入高增益)的設計時尤為明顯。

優(yōu)選地，為保護溫度變送器，本實用新型還配置二極管D1,該二極管D1采用的型號為1N4148，該二極管D1的陽極連接輸入電壓端VH，二極管D1的陰極連接中央集成芯片的V+端，將中央集成芯片的供電電壓鉗住在一定安全的標準下,以免破壞熱敏電阻Rt;電路反接時,它防止大回路電流進入,起到波動保護的作用。

優(yōu)選地，為使本實用新型提供的電路更好的工作，該二限制變送器還配置電容C1、電容C2、電容C3，電容C1的一端連接中央集成芯片的IR2端，電容C1的另一端經電阻RCM連接中央集成芯片的IRET端，電容C2的一端連接中央集成芯片的V+端，電容C2的另一端連接中央集成芯片的IG端，電容C3的一端并聯在電阻RCM的兩端，電流回路中的連接導線如果較長,就會產生無線電磁干擾,從而影響輸出信號的穩(wěn)定性，通過電容C1、電容C2、電容C3減弱或消除這種干擾。

本實用新型的工作原理：

本實用新型利用熱敏電阻Rt的阻值隨溫度變化而變化的特性，熱敏電阻Rt阻值的變化，從而帶來電壓信號的變化，將熱敏電阻Rt兩端的電壓輸入中央集成芯片的V+IN端，通過中央集成芯片內部的V/I轉換電路進行變換，從而使輸出電流信號為DC4～20mA。

綜上所述，本實用新型提供的溫度變送器能夠將輸出信號漂移現象減弱，同時減少無線電磁干擾，從而提高溫度變送器的精度和穩(wěn)定性。

盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同物限定。

溫度變送器，可以簡單理解為是將溫度信號轉換為其他模擬量信號的隔離器，那溫度變送器的設計原理是怎樣的呢?下面我們簡單說說溫度變送器的兩種設計原理吧。

溫度變送器的設計原理早期都是通過模擬電路來實現的，它包括熱電阻溫度變送器和熱電偶溫度變送器。熱電阻信號是二元一次的拋物線規(guī)律，可通過定電流加輸出端補償反饋來達到線性輸出，不同的輸入范圍需要修改內部電路，調整放大倍數和補償大小;熱電偶信號可以看成圍繞直線兩端的折線信號，不在精度范圍，需通過多個折線補償將其修正，達到輸出在精度范圍內。不同的輸入范圍，需要修改放大倍數，調整多個折線補償，計算和修改內容比較復雜，所以產能有限。

數字電路是程序員把輸入信號的規(guī)律用編程的方式將其導入到芯片中，設計時會把全部類型都編寫進去。設計時會花費大量工時，但在生產過程中會非常便捷，通過軟件修改輸入類型和量程即可，非常的高效，所以目前越來越多的產品都是通過數字電路來實現的。

但由于模擬電路設計的溫度變送器各方面成本比數字電路的相對低，所以在價格上還是有它的優(yōu)勢，暫時不會被數字電路完全取代。