現場發送器：德州儀器 （TI） 的溫度傳感器解決方案

設計注意事項

溫度傳感器用于測量溫度，在工業和商業應用中用途廣泛。測量溫度使用的是 RTD（耐高溫器件）、熱敏電阻或熱電偶。

方框圖

RTD 和熱敏電阻利用了電阻根據溫度變化的特性，以測量元件間的壓降并計算溫度。熱電偶是兩個不同金屬物間的結點，此結點會生成與溫差相關的電壓，這就是塞貝克效應。應將環境溫度加到計算出的溫差中，以測量實際溫度。環境溫度的測量過程稱為冷端補償。

溫度發送器有兩種類型。傳統現場發送器作為工業控制環路的一部分由線路供電或回路供電，而無線或手持溫度傳感器由電池供電。

激勵技術： 作為無源元件的 RTD 和熱敏電阻需要電流激勵源來進行測量。高度穩定、精確匹配且低漂移的電流源對于 3 線 RTD 測量至關重要。TI 的溫度傳感器前端具有高精度片上電流源。可以使用高精度片上溫度傳感器來完成熱電偶測量中針對冷端補償的準確環境溫度測量。這種 TI 溫度測量模擬前端是單芯片解決方案，可提供 RTD、熱敏電阻和熱電偶測量所需的各種信號調節。

信號調節/信號采集和處理：溫度傳感器的輸出范圍非常小，因此必須在處理前放大信號以防止引發錯誤。信號鏈必須精確處理有噪音的小信號。TI 的溫度傳感器前端將輸入多路復用器、高阻抗 PGA 和高分辨率 Σ-Δ 調制器全部集成在單芯片上。低噪聲截波穩定型 PGA 可根據傳感器輸出的大小提供所需的增益調節功能。高端產品還集成了系統診斷和故障監控等功能。MCU 中還可以實施更高級別的系統校準。

接口與通信：傳統模擬 （4 - 20mA） 接口一直是工業控制和傳感器應用的常見選擇。其它常見協議包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口產品集成了穩壓器和診斷輸出。此外，基于 IEEE 802.15.4 協議的無線選項越來越流行。TI 致力于同時為傳統和新興工業接口提供解決方案。

電源管理： 現場發送器可以采用三種供電方式。線路供電發送器通常由 12V 或 24V 的電壓軌供電。回路供電發送器由 4-20mA 回路供電。此類發送器要求極低功耗的架構，因為整個解決方案都要由回路供電。TI 提供具有低靜態電流和低輸出波紋的高效降壓轉換器，適用于線路供電和回路供電發送器。電池供電發送器可設計使用 TI 的低功率降壓轉換器和降壓/升壓轉換器。DC/DC 降壓轉換器可以在很大的電池電壓范圍內提供 95% 以上的效率，同時輸入電壓可降至 1.8V，從而延長電池壽命。專門的降壓/升壓轉換器可生成所需的穩定輸出電壓，可在輸入電壓過高或過低的情況下提供恒定電流，同時支持各種電池配置。