技术干货 | 基于晶华微SD23P202的温度变送器解决方案

一、概述

在工艺介质生产过程中，温度测量已成为必不可少的重要指标。本文设计了一种基于SD23P202实现的两线制通用温度变送器，能够处理热电阻、所有类型热电偶以及电阻、电压输入信号。实现了温度信号的线性化处理、冷端补偿、以及在线标定，信号转换准确度优于0.1%。 

二、功能指标

    •  信号输入：     热电阻(RTD)：PT100, PT1000, Cu50     热电偶(TC)：K, E, S, B, J, T, R, N     传感器检测：开路、短路 •  输出：     输出范围：两线制4-20mA     输出精度：0.1% F.S（最小分辨≈1uA）     负载电阻：RL≤(Ue-8)/0.021 •  刷新速率：＜4Hz •  综合精度：0.1% F.S •  温度漂移：35ppm •  组态设置：支持分度号、温度单位、阻尼、偏移设置、量程上下限设置 •  冷端补偿：     补偿传感器：内置     补偿精度：0.5℃     补偿范围：-20~75℃ •  热电阻接线方式：两线、三线、四线 •  电磁兼容：符合GB/T18268工业设备应用要求(IEC61326-1) •  其他功能：密码功能      

三、方案优势

SD23P202内部集成24位高精度低噪声模/数转换器（SDADC），仪表放大器，低温漂基准，OP，16位PDM，非常适合RTD、TC等温度传感器应用。内置OP，可满足热电阻测量时两线、三线、四线比例接法。内置温度传感器，可做热电偶测量冷端补偿使用，补偿精度0.5℃。支持外部基准，适合热电偶测量对温漂敏感的应用。内置DSP，集成温度校准算法，支持温度单位、分度号、阻尼、量程上下限、偏移值组态设置，支持传感器开短路检测。16位PDM可用于4-20mA输出，分辨率≈1uA。支持电脑和手机端调试，校准参数保存在芯片内部。

方案设计中使用PDM产生4-20mA电流，在电流环的响应上较PWM更有优势，电流环的稳定性更好，但分辨率不及PWM方式，在温度变送器这种工业仪表中，稳定性明显是更重要的指标。

四、功能支持

    •  信号输入     热电阻(RTD)：PT100, PT1000, Cu50     热电偶(TC)：K, E, S, B, J, T, R, N     传感器检测：开路、短路     接线方式：热电阻支持两线、三线、四线切换 •  变送输出     输出范围：两线制4-20mA     输出精度：0.1% F.S（最小分辨≈1uA）     负载电阻：RL≤(Ue-8)/0.021 •  组态功能     量程上下限设置     温度单位设置：℃，℉ •  分度号选择     偏移值：对当前结果进行微调     阻尼，结果刷新速率设置，最大15S •  冷端补偿     内置温度传感器，补偿精度0.5℃     冷端补偿范围：-20~75℃     冷端补偿温度传感器无需校准

•  输入类型与范围

•  其他功能

    密码设置，可对芯片加密，加密后的芯片调试与修改需首先输入密码。

五、硬件实现

基于SD23P202实现的温度变送器，内置OP可实现传感器恒流激励与比例测量，有效降低整机测量温漂与方案的复杂程度。4-20mA部分通过外部运放与PDM实现。

图1. 硬件电路图      

六、生产与总结

      整机方案除了贴片加工外，还需要电流环校准和标准信号标定，且温度变送器送器方案支持的分度号与量程不固定，为保证后期更改传感器与量程的方便，可借助手机APP实现，通过OTG或蓝牙的方式与待调试样机相连，实现手操器功能。 PC生产软件如图2所示。

 
图2. PC生产调试软件

基于SD23P202实现的温度测量与变送方案，外围电路简单，测量精度高。使用内置PDM实现的4-20mA电流环变送输出，满足精度的情况下，保证了电流环的分辨率、稳定性和响应能力。