如何实现温度变送器的设计？方法介绍
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今天为大家推荐的【智能温度变送器参考设计】，具有高精度、信号隔离、LCD显示、支持HART协议、环路供电、接口保护等特点，此平台主要基于ADI的带自校验功能的多通道ADC和EPSON公司的超低功耗16位MCU实现。
本设计主IC采用了24位ADC AD7124-4，该IC内部集成了24位∑-△ADC，缓冲器和PGA(可编程增益放大器)。该变送器能将温度(标准热电阻或热电偶)信号转换为4-20mA信号，由供电环路输出。
本参考设计，ADI为您提供：
硬件设计文档(原理图、PCB及BOM)
用户操作手册
简要介绍
下图为参考设计【智能温度变送器】的电路板实物图。
1 硬件电路及连接方式
1)电源输入 12V~39V DC (若更换高电压 TVS,Vmax 应可最高达 60V)电流输出(环路) 4-20mA;
2)信号输入: 单路热电偶(K,T)或热电阻(PT100, PT1000), 后续可加入其他型号;
3)与 PC 机或工控机通讯，Uart (J4; Txd, Rxd,Gnd) (后续将改为 HART)。
*本评估套件提供如下接口：
电源/4-20mA电流/Hart信号，三者共用端口
传感器RTD/TC接入端口
2 工作模式( 传感器) 选择
模式切换由三个按键+1 个段码 lcd 实现, 默认为 Run 模式，上电显示 Start 初始化，切换为纯数字则进入 Run 正常工作模式。
1)按键 ENTER：Debug(Setup)/Run 模式切换
进入 Debug 模式可实现 2 个功能——
传感器选择
当前电流输出，值由 Mcu 串口设置
2)按键 UP：传感器型号滚动切换 0-9
SEr1: PT100
SEr2: PT1000
SEr8: TC-K
SEr9: TC-T
3)按键 DOWN:
选定 SErX 后按下，显示 OASx, 则目标传感器设置成功，同是 RTD 或 TC 切换只需按下Reset 键即可，若非则需重新上电。
3 Debug 模式下串口电流大小设置
按下 ENTER、键后进入 Debug 模式，此时可自由设置电流大小, 目前的通讯由 MCU 的 Uart 直接输出(J4)，与 PC 相连。 后续 Hart 加上后可由环路载波输出。
温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。其一般采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过处理电路的处理后，转换成与温度成线性关系的0mA～10mA或4～20mA标准化直流电信号输出。但是，现有的二线制温度变送器采用分立器件进行搭建，使得其结构复杂，调试困难，精度低，温度漂移量大。
背景技术：
随着电子技术的发展和微机测控技术的应用，应用铂电阻作为温度传感元件的技术已日渐成熟。目前市场上的温度变送器一般都是由分立元器件搭建的，电路更复杂且精度和稳定性不够好。在温、湿度变化较大的恶劣环境应用中，易出现上、下限漂移的现象,使测量结果不准确,造成整个变送器测量准确度下降。
技术实现要素：
本实用新型为解决现有技术中温度变送器在温、湿度变化较大的恶劣环境应用中，易出现上、下限漂移的问题,本实用新型提供一种新的温度变送器，本实用新型提供的温度变送器能够将输出信号漂移现象减弱，从而提高温度变送器的精度和稳定性。
本实用新型的技术方案如下：
一种温度变送器，包括中央集成芯片、热敏电阻Rt、电阻RCM、调零电位器RZ、电阻RLIN、电阻RZ1、调幅电位器RG、电阻RG1，所述中央集成芯片的V+IN端连接所述热敏电阻Rt的一端，所述热敏电阻Rt的另一端经电阻RCM连接所述中央集成芯片的IRET端，所述中央集成芯片的VIN端连接所述调零电位器RZ的第二脚，同时所述中央集成芯片的VIN端连接所述中央集成芯片的IR1端，所述中央集成芯片的IR2端经电阻RLIN连接VLIN端,所述调零电位器RZ的第三脚经所述电阻RZ1及所述电阻RCM连接所述中央集成芯片的IRET端，所述中央集成芯片的RG1端连接所述调幅电位器RG的第二脚，所述调幅电位器RG的第三脚经电阻RG1连接所述中央集成芯片的RG2端。
所述温度变送器还包括三极管，所述三极管的集电极连接输入电压端VH端，所述三极管的发射级连接所述中央集成芯片的E端，所述三极管的基极连接所述中央集成芯片的B端。
进一步地，所述中央集成芯片采用XTR105。
进一步地，所述热敏电阻Rt采用PT100。
进一步地，所述三极管采用的型号为9013。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型通过在调零电位器RZ、调幅电位器RG上各串联高精度、高稳定度的电阻RG1、电阻RZ1,从而减小调零电位器RZ、调幅电位器RG的阻值范围,增加了调节的灵敏度,降低了调节触点发生位移的程度,从而削弱了漂移现象;
2、本实用新型通过采用一个高精度的中央集成芯片XTR105，大大简化了原来的电路，减少了影响温度变送器精度和稳定性的元素;
3、本实用新型通过采用电容C1、电容C2、电容C3减弱或消除电流回路中阴连接导线较长产生的无线电磁干扰,从而使输出信号更加稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本实用新型实施例提供的温度变送器的电路结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1为本实用新型实施例提供的温度变送器的电路结构图，该温度变送器包括中央集成芯片，该芯片的型号为XTR105，它是高精度的集成电路系统,具有以下功能：
热敏电阻的激励;完成温度和电阻值线性化补偿;引线电阻误差补偿;输出信号转换、放大;与附加元件实现波动保护和抗干扰;特别是它内部的线性化电路对热敏电阻提供了二阶校正，使线性化质量上提高了40倍;内部放大器增益可以针对测温装置的宽广范围进行设置;整个的电流转换器包括热敏电阻的线性化的全部误差在满度-40～+85℃工作范围内小于±1%。所以在变送器电路组成中不需再配置其它的补偿器和放大器，从而大大简化了现有技术中的电路，减少了影响温度变送器精度和稳定性的元素。
为了对温度信号进行采集，本实用新型提供的温度变送器还包括热敏电阻Rt，该热敏电阻Rt采用的型号为Pt100，该热敏电阻Rt的一端连接中央集成芯片的V+IN端，该热敏电阻Rt的另一端经电阻RCM连接中央集成芯片的IRET端。
进一步地，温度变送器还包括调零电位器RZ、调幅电位器RG，该调零电位器RZ为-200℃温度下限(零点)调节电位器，该调幅电位器RG为温度上限(满量程)调节电位器，通过调整调零电位器RZ、调幅电位器RG的阻值来实现变送器的下、上限值的调校，具体地，调零电位器RZ、调幅电位器RG选择方式如下：
调零电位器RZ为人为设置，具体阻值可以通过查分度表得知，调幅电位器RG按照以下计算方式求得：
RG=2R1{(R2+RZ)-4(R2RZ)}/(R2-R1)，该计算公式中R1为二分之一额定量程的热敏电阻Rt阻值，R2为额定量程上限的热敏电阻Rt值(R1、R2均可查分度表求得)。
该调零电位器RZ、调幅电位器RG的具体连接方式如下：
调零电位器RZ的第二脚连接中央集成芯片的VIN端，该调零电位器RZ的第三脚经电阻RCM连接中央集成芯片的IRET端,该调幅电位器RG的第二脚连接中央集成芯片的RG1端，调幅电位器RG的第三脚连接中央集成芯片的RG2端。
优选地，该温度变送器还包括电阻RZ1及电阻RG1,该电阻RZ1、电阻RG1分别与调零电位器RZ、调幅电位器RG串联后连接中央集成芯片，具体地，该电阻RZ1的一端连接调零电位器RZ的第三脚，电阻RZ1的另一端经电阻RCM连接中央集成芯片的IRET端，该电阻RG1的一端连接调幅电位器RG的第三脚，电阻RG1另一端连接中央集成芯片的VIN端，通过调零电位器RZ、调幅电位器RG串联电阻RZ1及电阻RG1来减小调零电位器RZ、调幅电位器RG的阻值范围，增加调节的灵敏度，降低了调节触点发生位移的程度,从而削弱了漂移现象。
进一步地，为配合中央集成芯片对热敏电阻Rt采集的信号进行线性化调整，本实用新型提供的温度变送器还包括电阻RLIN，该电阻RLIN的一端连接中央集成芯片的VLIN端，电阻RLIN的另一端连接中央集成芯片的IR2端，该电阻RLIN的选择是由设计的测温范围决定，该电阻RLIN的电阻值计算方式为：
RLIN=RCM(RG-R1)/2(2R1-RG-RZ)。
进一步地，该温度变送器还包括三极管，该三极管采用的型号为9013，该三极管的集电极连接输入电压端VH，三极管的基极连接中央集成芯片的B端，三极管的发射级连接中央集成芯片的的E端，该三极管相当于一个外部放大器,可以隔离大多数中央集成芯片从输入增益到参考电压的电源损耗,从而提高了温度变换器的带负载的能力,并保证了温度变送器的精度。如果不使用它,会由于附加内部电源损耗而使精度在某种程度上降低，这种影响在较低的测温量程(输入高增益)的设计时尤为明显。
优选地，为保护温度变送器，本实用新型还配置二极管D1,该二极管D1采用的型号为1N4148，该二极管D1的阳极连接输入电压端VH，二极管D1的阴极连接中央集成芯片的V+端，将中央集成芯片的供电电压钳住在一定安全的标准下,以免破坏热敏电阻Rt;电路反接时,它防止大回路电流进入,起到波动保护的作用。
优选地，为使本实用新型提供的电路更好的工作，该二限制变送器还配置电容C1、电容C2、电容C3，电容C1的一端连接中央集成芯片的IR2端，电容C1的另一端经电阻RCM连接中央集成芯片的IRET端，电容C2的一端连接中央集成芯片的V+端，电容C2的另一端连接中央集成芯片的IG端，电容C3的一端并联在电阻RCM的两端，电流回路中的连接导线如果较长,就会产生无线电磁干扰,从而影响输出信号的稳定性，通过电容C1、电容C2、电容C3减弱或消除这种干扰。
本实用新型的工作原理：
本实用新型利用热敏电阻Rt的阻值随温度变化而变化的特性，热敏电阻Rt阻值的变化，从而带来电压信号的变化，将热敏电阻Rt两端的电压输入中央集成芯片的V+IN端，通过中央集成芯片内部的V/I转换电路进行变换，从而使输出电流信号为DC4～20mA。
综上所述，本实用新型提供的温度变送器能够将输出信号漂移现象减弱，同时减少无线电磁干扰，从而提高温度变送器的精度和稳定性。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
温度变送器，可以简单理解为是将温度信号转换为其他模拟量信号的隔离器，那温度变送器的设计原理是怎样的呢?下面我们简单说说温度变送器的两种设计原理吧。
温度变送器的设计原理早期都是通过模拟电路来实现的，它包括热电阻温度变送器和热电偶温度变送器。热电阻信号是二元一次的抛物线规律，可通过定电流加输出端补偿反馈来达到线性输出，不同的输入范围需要修改内部电路，调整放大倍数和补偿大小;热电偶信号可以看成围绕直线两端的折线信号，不在精度范围，需通过多个折线补偿将其修正，达到输出在精度范围内。不同的输入范围，需要修改放大倍数，调整多个折线补偿，计算和修改内容比较复杂，所以产能有限。
数字电路是程序员把输入信号的规律用编程的方式将其导入到芯片中，设计时会把全部类型都编写进去。设计时会花费大量工时，但在生产过程中会非常便捷，通过软件修改输入类型和量程即可，非常的高效，所以目前越来越多的产品都是通过数字电路来实现的。
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