压力变送器是许多工业设备中用于控制工业过程和压力变化的重要元件,可用于测量压力、液位、流速、密度等。通常,变送器可采用电池、线路电源、环路电源供电,并包括电源、信号调理、ADC、处理器、显示器、键盘、通讯等模块。目前变送器市场热度高涨,HART、PROFIBUS、Modbus、IO-Link等最新技术也被引入应用中,使得应用场景得到了跨越式发展。那要如何设计出适当的变送器系统呢?Excelpoint世健的工程师Nathan Xiao介绍了模拟变送器、数字化变送器、智能变送器等不同类型的方案特性,并推荐了产品组合方案,包括精密放大器、精密基准电压源、精密模数转换器和低功耗微处理器等。
一、模拟变送器方案
图1.CN0289 4-20 mA环路供电压力变送器
图2.环路供电压力传感器信号调理电路(未显示所有连接和去耦)
二、数字化变送器方案
图3.MAX40109功能框图
2. PGA:压力通道的PGA可在5-2520间设置,基于传感器的零点校准功能,2520倍的放大带来更大的动态信号范围;
3. 测温:可通过电桥或外部测温器件两种方式获取温度信息,方便系统进行温度补偿;
4. MTP:存储器可编程40次,相对于其他的OTP产品具有了更大的优势;
图4.传感器校准框图
5. 4P4T:小型数字信号处理器(DSP)用于处理转换后的传感器数据以及温度和非线性校正,最多可实现4P4T的校准,可去除陶瓷补偿板以节省系统成本;
图5.MAX40109 EVKit GUI
三、智能变送器方案
1. ADuCM360
图6.CN0267 4-20mA环路供电解决方案
图7.具有HART接口的4-20mA环路供电解决方案框图
图8.ADuCM360内部功能框图
2. MAX32675
图9.MAX32675功能框图
图10.MAX32675变送器应用框图
MAX32675是一款基于Cortex®-M4F、具有强大安全功能的低功耗微控制器,除了具备ADuCM360的高性能模拟前端外,内部增加了HART模块,在功耗、Flash等方面也有了进一步的提升,是一款更高性价比的智能变送器解决方案。
3. EPSH-SPTMX75-2W
图11.EPSH-SPTMX75-2W
为了便于用户评估MAX32675在两线制压力变送器方面的性能,Excelpoint世健技术团队设计了参考方案 EPSH-SPTMX75-2W,通过硬件平台及传感器线性补偿算法等软件,配合PC端的调试软件GUI对变送器进行出厂前的调试、参数设置。降低了单片机和软件平台开发的难度,缩短客户开发时间,加速客户产品上市周期。
恒流供电型的压力变送器对温漂指标较为关注,在EPSH-SPTMX75-2W方案上,现场进行了恒流源温漂的实际测量,最终温漂参数为33ppm/℃。
测量精度方面,使用EPSH-SPTMX75-2W方案在1MPa量程上进行了多种激励电流和PGA放大倍数的测试,综合精度均小于0.05%;同时在10kPa、100kPa、3MPa多种量程上,采用固定600uA激励、32倍PGA放大倍数下进行了测试,由于压力源问题在10kPa和100kPa量程处误差偏大。
4. 其他智能化产品
在整个工厂内进行先进及高水平的工业连接是数字化转型的基石。没有工业连接,则无法提供可靠的方法来将大量工业数据转化为洞察力,从而做出明智的决策,最终实现更好的业务产出和行业颠覆。新一代工业连接将资产和技术连接在一起,形成一个高效、有弹性且灵活的生态系统,可以轻松适应独特的制造需求并兼顾未来趋势。
图12.工业4.0连接
IO-Link®技术可促使传统传感器转变为智能传感器,让实时可配置的工厂车间成为现实。ADI公司的IO-Link主机和器件收发器产品系列非常强大且高度灵活,有助于将一些智能功能从PLC转移到更靠近工厂车间的传感器。高度集成且稳健可靠的MAX22513 IO-Link器件收发器内置了一个高效率DC-DC降压调节器,功耗降低了50%,同时体积仅为其他双通道解决方案的50%。除此之外,MAX14819/MAX14819A IO-Link主机收发器还集成了UART帧处理器,因而无需外部UART,减少了系统微控制器的宝贵开销。