一體化溫度變送器

1、一體化溫度變送器 自動化1003 卜云海 0704100302 摘要: XTR105、XTR112、XTR114 是美國Burr- Brown 公司在傳感器領(lǐng)域推出的用于RTD 的兩線制專用集成變送電路, 這個電路的突出優(yōu)點是可以對Pt 電阻中的二次項進(jìn)行線性化補(bǔ)償。針對傳統(tǒng)的溫度、濕度獨立測量技術(shù), 本文首先介紹了它們的工作原理及其在一體化溫度變送器中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: XTR; RTD; 線性化; 溫度變送器1、工作原理 XTR105、XTR112、XTR114 是高精度、低漂移、自帶兩路激勵電流源、可驅(qū)動電橋和RTD 的4 - 20mA兩線制集成單片變送器, 它的最大特點是可對鉑電阻中的二

2、次項進(jìn)行線性化補(bǔ)償,從而使RTD 的非線性大大改善, 其改善前后的非線性比可達(dá)40: 1。圖1所示是XTR112 的內(nèi)部電路原理圖。圖中, IR1、IR 2為兩路精密基準(zhǔn)電流源; VREG 則可提供大約5. 1V 的電壓源, XTR112 芯片可驅(qū)動2. 1mA 的負(fù)載電流, 當(dāng)驅(qū)動電流超過2. 1mA 時, 將會影響4mA 的零點輸出電流; RG 為外接量程控制電阻。 XTR105、XTR112、XTR114 的主要特征如下:( 1) 整個電路的電壓- 電流傳遞函數(shù)為:Io= 4mA+ VIN ( 40/RG )；( 2) 電源電壓范圍寬達(dá)7. 5 36V;( 3) 12 腳( VLIN )

3、 用于RTD 線性化;( 4) 當(dāng)用在精度要求較高的場合時, 需要外接一個NPN 三極管Q1 ( 如圖1 所示) , 將外部電源電流與消耗嚴(yán)格地分開, 從而降低XTR112 的內(nèi)部功耗及發(fā)熱, 減少熱漂移以提高電路性能。由于這個外接三極管位于反饋回路中, 其參數(shù)要求如下:VCEO 45V, Bmin= 40, PD= 800mW當(dāng)對精度要求不高時, 可直接在8 腳與6 腳之間連接一個3. 3k的電阻。( 5) 由于XTR 由單一電源供電, 為了保證工作在線性區(qū)域, 其輸入端相對于公共地6 腳的電壓應(yīng)滿足下式:1. 25V+IN , V-IN 3. 5V( 6) 由于測量的精度隨著輸入信號( V

4、IN= V+IN-V-IN ) 的增加而提高, 所以, 為了提高測量精度, 應(yīng)盡量使VIN大一些;( 7) 負(fù)載電阻RL 的選擇必須保證輸出電流在4 20mA 之間變化, 并使7、10 兩腳電壓在7. 5 36V之間, RLmax= ( VPS- 7. 5) / 20mA- RWIRING對于以上各項要求, XTR105、XTR112、XTR114都相同, 只有兩路基準(zhǔn)電流源IR 1、IR2稍有不同, 具體如下: XTR105: IR1= IR2= 0. 8mAXTR112: IR1= IR2= 250uAXTR114: IR1= IR2= 100uA2、 自制變送器電路圖 采用DIP14封裝

5、的XTR105PA ,Q1是TIP31C型三極管。各器件的作用: C1為退耦電容,降低電源紋波對電路的影響;C2降低共模電壓噪聲;RCM提供1.6V的共模電壓;RZ為調(diào)零電位器;RG為調(diào)滿度電位器;RLIN1為正反饋電阻,對RTD進(jìn)行線性補(bǔ)償?，F(xiàn)場要求的測溫范圍一般是0300, 通過溫度傳感器廠家提供的分度表可以查出0時RZ=100,50時R1=119. 4,100時R2=138.5,計算出RG=81.22,RLIN1=32.92K,在電路中此電阻取值33K,RCM=1K。IR1=IR2=IR=0.8mA。VIN+=IRRRT+2IRRCM,VIN-=IRRZ+2IRRCM，VIN=VIN+-

6、VIN-=IR(RRTD-RZ) ,從結(jié)果中可以看出, RRTD、RZ、RG 的阻值對測量結(jié)果有直接影響。所以RZ、RG應(yīng)采用高精度電阻,RLIN 1、RC可以適當(dāng)降低精度。 顯然,隨著測量范圍的增大,非線性越發(fā)嚴(yán)重。因此,在精度要求較高或測溫范圍較寬時, 就必須解決線性問題。BB公司推出的XTR系列產(chǎn)品的顯著優(yōu)點就是可以對非線性元件與鉑電阻的電阻- 溫度關(guān)系式的二次項進(jìn)行非線性補(bǔ)償。圖2所示為兩線制Pt溫度變送器的電路連接。其中RZ為調(diào)零電阻,RG為量程電阻,RLIN1為非線性補(bǔ)償電阻,C1為去耦電容,C2則用于降低共模噪聲。通過RLIN1提供的正反饋可實現(xiàn)對Pt的二次項補(bǔ)償,從而使Pt的非

7、線性大大改善, 改善前后的非線性比最大可達(dá)40:1。 實際上, 如果設(shè)計合理, XTR105 對Pt100 進(jìn)行二次項補(bǔ)償前后的非線性可以從4. 6% 改善為0. 3%。圖3 所示是RTD 在補(bǔ)償前后的非線性比較。如果測量范圍減小, 其非線性度還將會明顯減小。3、MODBUS-RTU通訊協(xié)議的程序設(shè)計MODBUS協(xié)議51端程序1#define ENABLE #define DISABLE#define TRUE #define FAULT #define RECEIVE_EN #define TRANSFER_EN #define MAX_RXBUF 0x20extern unsigned c

8、har emissivity;extern unsigned char tx_count,txbuf15;extern unsigned char rx_count,rxbuf15;extern unsigned char tx_number,rx_number;extern bit rx_ok;unsigned char rx_temp;void InitTimer1() TMOD=(TMOD|0xf0)&0x1f; TF1=0; TH1=0x62; TL1=0x80; ET1=1; TR1=1; void timer1() interrupt 3 using 2 TH1=0x62; TL1

9、=0x80; if(rx_count=5) rx_ok=TRUE; void scomm() interrupt 4 using 3 if(TI) TI = 0; if(tx_count 30)return FALSE; return TRUE;bit ErroRespond(const unsigned char byErroCode)/ printf(nErroRespond%02X n, byErroCode); if( !AddSendByte(rxbuf1 | 0x80) ) return FALSE; return AddSendByte(byErroCode); unsigned

10、 int CRC(unsigned char *snd, unsigned char num) unsigned char i, j; unsigned int c,crc=0xFFFF; for(i = 0; i num; i +) c = sndi & 0x00FF; crc = c; for(j = 0;j =1; crc=0xA001; else crc=1; return(crc);MODBUS協(xié)議51端程序2#include main.huint32dwTickCount,dwIntTick; uint8idata sendBuf16,receBuf16; uint8idata c

11、heckoutError; uint8idata receTimeOut; uint8idata c10ms; bitb1ms,bt1ms,b10ms,bt10ms,b100ms,bt100ms;void commIntProc() interrupt 4if(TI)TI = 0; if(sendPosi = 10) c10ms = 0; bt10ms = 1; void intEx0Proc(void) void counter1IntProc(void) void timeProc(void)static uint8 c200ms;bWatchDog = bWatchDog; b1ms =

12、 0;b10ms = 0;b100ms = 0;ET0 = 0;dwTickCount = dwIntTick;ET0 = 1;if(bt1ms)bt1ms = 0;b1ms = 1; if(receTimeOut0) receTimeOut-;if(receTimeOut=0 & receCount0) b485Send = 0; receCount = 0; checkoutError = 0; if(bt100ms)bt100ms = 0;b100ms = 1; if(bt10ms) bt10ms = 0; b10ms = 1; c200ms+; if(c200ms = 20) c200ms = 0; bRunLED = bRunLED; void initUart(void)T2CON = 0x30;RCAP2H = 0xff;RCAP2L = 0xb8;TR2 = 1;SCON = 0xd0; PCON = 0; ES = 1;void initInt(void)TMOD = 0x51;TH0 = TIMER_HIGHT;TL0 = TIMER_LOW;TR0 = 1; ET0 = 1;