1 熱電偶測量及冷端補(bǔ)償

　　如圖4所示，在本應(yīng)用中，MAX1402工作在緩沖方式，以便允許在前端采用比較大的去耦電容(用來消除熱電偶引線拾取的噪聲)。為適應(yīng)輸入緩沖器的共模范圍，采用參考電壓對AIN2輸入加以偏置。在使用熱電偶測溫時，要獲得精確的測量結(jié)果，必須進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

　　熱電偶輸出電壓可表示為

　　V=a(t1-tref)

　　其中a是與熱電偶材料有關(guān)的Seebeck常數(shù)，t1是待測溫度，tref 是接線盒處的溫度。為了對tref 造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可以在熱電偶輸出端采用二極管補(bǔ)償;也可以測出接線盒處的溫度，然后用軟件進(jìn)行補(bǔ)償。在本例中，差分輸入通道AIN3、AIN4被用來測量P-N結(jié)的溫度(用內(nèi)部200uA電流源加以偏置)。

　　2 3線和4線RTD測量

　　鉑電阻溫度傳感器(RTD)被許多需要測量溫度的應(yīng)用所優(yōu)選，因為它們具有優(yōu)異的精度和互換性。一個在0℃時具有100 Ω電阻的RTD，到+266℃時電阻會達(dá)到200 Ω，靈敏度非常低，約為△R/△t=100 Ω/266℃。200 uA的激勵電流在0℃時可產(chǎn)生20mV輸出，+266~C時輸出40mV。MAX1402可直接處理這種低電平的信號。

　　根據(jù)不同應(yīng)用，引線電阻對于測量精度會產(chǎn)生不同程度的影響。一般來講，如果RTD靠近轉(zhuǎn)換器，采用最簡單的兩線結(jié)構(gòu)即可;而當(dāng)RTD比較遠(yuǎn)時，引線電阻會疊加入RTD阻抗，并給測量結(jié)果引入顯著誤差。這種情況通常采用3線或4線RTD配置，如圖5所示。

　　MAX1402內(nèi)部兩個匹配的200 uA電流源可用來補(bǔ)償3線或4線RTD配置中引線電阻造成的誤差。在3線配置中，兩個匹配的200 uA電流源分別流過RL1和RL2這樣，AIN1和AIN2端的差分電壓將不受引線電阻的影響。這種補(bǔ)償方法成立的前提是兩條引線材質(zhì)相同，并具有相同的長度，還要求兩個電流源的溫度系數(shù)精確匹配(MAX1402為5×10-6/℃)。4線配置中引線電阻將不會引入任何誤差，因為在連接到AIN1和AIN2的

　　測量引線中基本上沒有電流流過。在此配置中，電流源OUT1被用來激勵RTD傳感器，電流源OUT2被用來產(chǎn)生參考電壓。在這種比例型配置中，RTD的溫漂誤差(由RTD激勵電流的溫漂引起)被參考電壓的漂移補(bǔ)償。

　　3 智能4~20mA變送器

　　老式的4～20mA變送器采用一個現(xiàn)場安裝的敏感元件感測一些物理信息，例如壓力或溫度等，然后產(chǎn)生一個正比于待測物理量的電流，電流的變化范圍標(biāo)準(zhǔn)化為4～20mA。電流環(huán)具有很多優(yōu)點：測量信號對于噪聲不敏感;可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)端供電。第二代4～20mA變送器在遠(yuǎn)端進(jìn)行一些信號處理，通常采用微控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，如圖6所示。
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　　這種變送器首先將信號數(shù)字化，然后采用微控制器內(nèi)置的算法進(jìn)行處理，對增益和零點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對傳感器進(jìn)行線性化，最后再將信號轉(zhuǎn)換到模擬域，作為一個標(biāo)準(zhǔn)電流通過環(huán)路傳送。第三代4~20mA變送器被稱為“靈巧且智能”，實際上是在前述功能的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字通信(和傳統(tǒng)的4—20mA信號共用同一條雙絞線)。利用通信信道可以傳送一些控制和診斷信號。MAX1402這樣的低功耗器件對于此類應(yīng)用非常適合，250 uA的功耗可以為變送器中的其余電路節(jié)省出可觀的功率。智能變送器所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)是Hart協(xié)議。這是一種基于Bell 202電信標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，工作于頻移鍵控方式(FSK)。數(shù)字信號由兩種頻率組成：1200Hz和2200Hz，分別對應(yīng)于數(shù)碼1和0。兩種頻率的正弦波

　　疊加在直流模擬信號上，通過同一條電纜同時傳送。因為FSK信號的平均值總是零，因此4—20mA模擬信號不會受到影響。在不干擾模擬信號的前提下，數(shù)字通信信號具有每秒更新2—3個數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度。通信所需的最小環(huán)路阻抗是23 Ω。

　　小結(jié)

??????? 在高集成度調(diào)理系統(tǒng)出現(xiàn)之前，過程控制通常采用多個獨立的芯片實現(xiàn)信號調(diào)理和處理。∑-△技術(shù)降低了這部分電路的成本、空間需求和功率需求(事實上多數(shù)應(yīng)用只需要+3V/+5V單電源)。這種特性尤其適合于電池供電的便攜系統(tǒng)。元件數(shù)量的降低同時還改善了系統(tǒng)的可靠性。