温度变送器进行变压器油温检测成本优化思路

之前为了简化设计，直接从市场上购买4-20mA的温度变送器进行变压器油温检测。

控制器通过A/D采样送入DSP，经标定得到油温。 如果检测到的油温超过85°C，则脱扣并报警。 今年以前，市场行情不好，工厂经营难以为继。 既然无法开源，就只能考虑节流。 于是对控制器的设计做了一些分析，发现变压器油温检测功能可以做一些成本优化。 于是找到了我，我设计了以下处理电路：  

PT100信号处理电路

我设计该电路时，我做了以下的考虑：

1) R5参数的选择

测试温度范围定为：-40°C~200°C，对应PT100的阻值为：87Ω~165Ω。 在该范围内，运放同相端的电压都应该大于反向端的电压，所以将R5选为82Ω 1%。

2)基准电压的选择

理想的做法是用精密稳压源如TL431提供基准电压，考虑到检测油温的主要目的是保护而非测量。 只需要做到5%的测试精度即可，由AMS1117稳压器提供的电源在全温度范围内可以达到2%的精度，根据推算，检测的温度精度与基准电压为1:1的关系，满足5%的精度要求。

3)电阻R2以及R7的选择

由于选择的运放为普通的运放，其输入失调电压为mV级，为了避免输入失调电压对检测造成影响。运放同相端和反相端的输入电压至少达到几十mV的数量级。 所以R2，R7选为1K 1%，在PT100的阻值为87Ω时，同相端的电压可以达到265mV。

4)反馈电阻R1的选择

为了保证测试精度，减少A/D采样的分辨率对精度的影响。 需要尽可能地放大输入信号，当PT100的阻值为165Ω时，尽量将电压放大至2-3V之间，综合考虑之后，将R1选为100K 1%。 当PT100的阻值为165Ω时，运放的输出电压可以达到2.65V。

5)一些保护措施

在PT100输入端口并上TVS以及104的电容，TVS可以对输入电压进行钳位，从而保护运放以及电源。 104的电容可以过滤一些高频干扰，也可以起到防静电的作用； 运放的最大输出电压高达其工作电压-1.5V，当串入干扰或者接错线时，这个电压完全可以损坏DSP。 因此，在DSP的A/D输入口通过二极管D3上拉到电源电压过压保护。

我顺便问一个问题，可以采用稳压二极管进行保护吗？欢迎网友在评论区参与讨论。 同时，并上104电压C2，与R3构成低通滤波电路滤除高频干扰，也可以起到加快对A/D采样的采样电容的充电，降低采样时间，保证采样速度的作用。 测量数据的标定也是一个技术活；。 所谓标定就是DSP将采样到的A/D数值根据公式转换为温度值的过程。 为此，我用excel对数据进行了理论处理，如下：  

标定参数表

其思路如下：

温度值->PT100电阻值->运放同相端电压值->运放反相端电压值->运放输出端电压值->A/D转换数值。 温度值每隔10度取一个点，从而可以得到A/D转换数值和温度值的对应关系表。 采用excel的函数SLOPE以及INTERCEPT计算出A/D转换与温度值的线性关系的斜率k以及截距b。 将斜率k以及截距b保存至DSP中，DSP完成A/D采样之后，从其存储空间中读出斜率k及截距b。 通过公式T=k*ad+b即可以算出温度值。 最后补充一点，由于R2，R7的值比较小，并没有远大于PT100的电阻。 所以其线性度比较差，可以采用分段线性化标定的方法进行修正。

编辑：黄飞