一、前言

溫度變送器的工作原理基于熱電效應(yīng)和溫度傳感器的特性，常見的溫度傳感器包括熱電偶、熱阻（RTD）和熱敏電阻，這些傳感器能夠檢測(cè)溫度變化并生成相應(yīng)的電信號(hào)。變送器則將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如 4-20 mA 或 0-10 V），以便于后續(xù)的處理和分析。此外4-20 mA傳送作為一種成熟的信號(hào)傳輸方式，其高抗干擾性、故障檢測(cè)能力、易于布線和廣泛的行業(yè)適應(yīng)性，使其在工業(yè)自動(dòng)化及過程控制中得到了廣泛應(yīng)用。下面為大家?guī)?lái)先積集成的一款芯片—LTS117，以此芯片的信號(hào)變送應(yīng)用為例，講解溫度傳感器的變送。

二、電路設(shè)計(jì)

溫度變送電路包括三部分，即信號(hào)采集（恒流源采集熱敏電阻電壓）、數(shù)字處理（將模擬電壓通過MUC數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為PWM）、信號(hào)變送（將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓，通過LTS117線性轉(zhuǎn)換為4—20mA電流變送輸出）

1.信號(hào)采集（恒流源采集鉑電阻PT100/PT1000兩端的電壓）

采用基準(zhǔn)電源+高性能運(yùn)放（LTC8552XV8/R6）方案等到兩路對(duì)稱的恒流源，其電流大小為：I = ≈ 208uA，通過IOUT1和IOUT2輸出到傳感器模塊進(jìn)行信號(hào)采集。

通常J3與J4會(huì)引出外接串聯(lián)一個(gè)鉑電阻溫度探頭（PT100/PT1000），用于檢測(cè)外界溫度變化，從而引起J3與J4之間串聯(lián)的鉑電阻阻值變化，通過IOUT1和IOUT2兩路恒流源差分采集鉑電阻兩端電壓，通過AIN1_P和AIN_N輸出給MUC進(jìn)行處理，R4的作用為抬升采集電壓實(shí)現(xiàn)精確采集。

2. 數(shù)字處理（將模擬電壓通過MUC數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為PWM）

將鉑電阻兩端壓降通過AIN1_P和AIN2_N端口輸入MCU進(jìn)行數(shù)字處理，線性轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)輸出，并且進(jìn)行非線性校正，同時(shí)所采集到的溫度數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)可以通過串口傳輸?shù)絇C端（這里通過串口實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，我們可以和后面測(cè)試環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，看看是否存在出入）。

串口通信電路，采用USB轉(zhuǎn)串口對(duì)MCU通信，對(duì)采集到溫度數(shù)據(jù)和最終變送的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3. 信號(hào)變送（將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓，通過LTS117線性變送為4—20mA電流變送輸出）

上半部分DCDC降壓模塊，將輸入9-30V電壓轉(zhuǎn)化為3.0V給MCU供電，再通過LDO降壓至2.8V給模擬電路供電，MCU輸出的PWM經(jīng)過反相器反向（修證方向的同時(shí)，引來(lái)自LTS117的2.5V基準(zhǔn)）通過二階RC濾波電路將PWM方波轉(zhuǎn)化為直流電平（根據(jù)PWM波的頻率采用合適的阻值和容值，f=1/(2π×RC)），其中直流電壓大小為：VPWM= REF_2V5×Duty(PWM的占空比)輸入給LS117線性輸出4-20mA用于工業(yè)變送或傳感器信號(hào)變送。相比于傳統(tǒng)運(yùn)放方案來(lái)實(shí)現(xiàn)V/I轉(zhuǎn)換，LTS117可以做到，小體積、高集成度、低成本、高性能（輸出電流誤差：< 0.05% 、輸出電流線性度誤差 <0.1%）和高可靠性，同時(shí)支持2.5V基準(zhǔn)輸出。

LTS117:是一個(gè)兩線制V/I轉(zhuǎn)換器，主要用來(lái)匹配運(yùn)放方案實(shí)現(xiàn)的V/I電路，SOIC-8的封裝體積，以及小體積版本的MSOP-8封裝，較運(yùn)放方案具有極大的成本及面積優(yōu)勢(shì)。輸出電流由IIN決定,公式： IOUT = 100×IIN。滿足一些用戶對(duì)于4-20mA的低成本、高性能的要求。此外，LTS117還支持2.5V/4.096V基準(zhǔn)輸出.

4. PCB+3D圖

5. BOM物料表

BOM中的先積集成芯片：

1. LTS117 *1

2. LTC8552XV8/R6 *2

三、測(cè)試擬合溫度電流曲線結(jié)果

四、總結(jié)

本文，以LTS117為例，講解溫度傳感器的信號(hào)變送過程和變送機(jī)理，同時(shí)展示出LTS117相比于傳統(tǒng)運(yùn)放變送方案的優(yōu)勢(shì)，低成本，高精度，小體積，高可靠性；以理論電路結(jié)合實(shí)物測(cè)試的方式展示溫度傳感器的原理和變送基本流程。

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審核編輯 黃宇