现场发送器:德州仪器(TI)的温度传感器解决方案

现场发送器：德州仪器 （TI） 的温度传感器解决方案

设计注意事项

温度传感器用于测量温度，在工业和商业应用中用途广泛。测量温度使用的是 RTD（耐高温器件）、热敏电阻或热电偶。

方框图

RTD 和热敏电阻利用了电阻根据温度变化的特性，以测量元件间的压降并计算温度。热电偶是两个不同金属物间的结点，此结点会生成与温差相关的电压，这就是塞贝克效应。应将环境温度加到计算出的温差中，以测量实际温度。环境温度的测量过程称为冷端补偿。

温度发送器有两种类型。传统现场发送器作为工业控制环路的一部分由线路供电或回路供电，而无线或手持温度传感器由电池供电。

激励技术： 作为无源元件的 RTD 和热敏电阻需要电流激励源来进行测量。高度稳定、精确匹配且低漂移的电流源对于 3 线 RTD 测量至关重要。TI 的温度传感器前端具有高精度片上电流源。可以使用高精度片上温度传感器来完成热电偶测量中针对冷端补偿的准确环境温度测量。这种 TI 温度测量模拟前端是单芯片解决方案，可提供 RTD、热敏电阻和热电偶测量所需的各种信号调节。

信号调节/信号采集和处理：温度传感器的输出范围非常小，因此必须在处理前放大信号以防止引发错误。信号链必须精确处理有噪音的小信号。TI 的温度传感器前端将输入多路复用器、高阻抗 PGA 和高分辨率 Σ-Δ 调制器全部集成在单芯片上。低噪声截波稳定型 PGA 可根据传感器输出的大小提供所需的增益调节功能。高端产品还集成了系统诊断和故障监控等功能。MCU 中还可以实施更高级别的系统校准。

接口与通信：传统模拟 （4 - 20mA） 接口一直是工业控制和传感器应用的常见选择。其它常见协议包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口产品集成了稳压器和诊断输出。此外，基于 IEEE 802.15.4 协议的无线选项越来越流行。TI 致力于同时为传统和新兴工业接口提供解决方案。

电源管理： 现场发送器可以采用三种供电方式。线路供电发送器通常由 12V 或 24V 的电压轨供电。回路供电发送器由 4-20mA 回路供电。此类发送器要求极低功耗的架构，因为整个解决方案都要由回路供电。TI 提供具有低静态电流和低输出波纹的高效降压转换器，适用于线路供电和回路供电发送器。电池供电发送器可设计使用 TI 的低功率降压转换器和降压/升压转换器。DC/DC 降压转换器可以在很大的电池电压范围内提供 95% 以上的效率，同时输入电压可降至 1.8V，从而延长电池寿命。专门的降压/升压转换器可生成所需的稳定输出电压，可在输入电压过高或过低的情况下提供恒定电流，同时支持各种电池配置。