MAXREFDES16#

温度是工业过程控制和自动化中测量最广泛的参数之一。该参考设计提供了一个完整的信号链解决方案，可与任何类型的热电阻（RTD）配合使用，从PT100到PT1000。诺瓦托（Novato）PT100两线制、环路供电的智能温度变送器可在 -200°C 至 +850°C 的整个工作范围内，保证实现低功耗、易用且可靠的温度测量解决方案，精度优于 0.1% 或 1.0°C（以更精确者为准）。

信号链包含 MAX11213（U1），即具有可编程增益和通用输入输出（GPIO）的 16 位 Δ-Σ 模数转换器（ADC）；带有 128kB 闪存的瑞萨 RL78/G13 微控制器（U6）；以及基于 MAX5216 和 MAX9620（U2 和 U3）构建的 4 - 20mA 电流环变送器。DS8500 调制解调器（U7）通过 4 - 20mA 电流环利用 HART 协议提供数字接口。MAX15006（U5）和 MAX6133（U4）为整个电路提供电源和参考电压。

该设计根据 ADC 传递函数（公式 1 和公式 2）对传感器电阻进行比率测量：

公式 1：ADC 代码 = ((V_AINP - V_AINN)) / (V_REF / 增益) × (2^16 - 1)

其中，(V_AINP - V_AINN) = I_RTD × R_RTD 是热电阻（RTD）上的电压降，V_REF = I_RTD × R_REF 是参考电阻 R_REF 上的电压降。

公式 1 可改写为：

公式 2：ADC 代码 = R_RTD / (R_REF / 增益) × (2^16 - 1)

然后，根据 Callendar - Van Dusen 方程（公式 3）将 ADC 代码转换为温度数据：

公式 3：R(T) = R_0 (1 + A × T + B × T^2 - 100 × C × T^3 + C × T^4)

其中，R(T) 是温度 T（°C）时热电阻（RTD）的电阻，R_0 是 0°C 时热电阻（RTD）的电阻，A、B 和 C 常数由实验确定的参数得出，并由 IEC751 标准规定，也必须由热电阻（RTD）制造商提供。

对于 PT100 且电阻温度系数 α = 0.003850 [α = (R_100 - R_0) / (100 × R_0)]： A = 3.90830 × 10^(-3) B = -5.77500 × 10^(-7) 当 -200°C ≤ T ≤ 0°C 时，C = 4.18301 × 10^(-12) 当 0°C ≤ T ≤ 850°C 时，C = 0

如果忽略负温度下的系数 C = 4.18301 × 10^(-12)，可通过求解二次方程计算温度 T（公式 4）：

公式 4：T(°C) = (-A + √(A^2 - 4B(1 - R_RTD / R_0))) / 2B

其中，R_RTD = (ADC 代码 × R_REF) / ((2^16 - 1) × 增益)

之后，使用公式 5 将温度转换为 4 - 20mA 环路电流：

公式 5：DAC 代码 = 4mA 代码 + (20mA 代码 - 4mA 代码) / (T_max - T_min) × (T - T_min)

因此，环路电流与温度（T）成正比。

MAX11213 ADC 允许通过在校准过程中测量传感器导线电阻，并从每个转换结果中持续减去该值，来自动补偿传感器导线电阻。导线电阻补偿技术是一个称为系统偏移校准的单步过程。

• 支持 2 线、3 线或 4 线热电阻（RTD）传感器输入
• 测量温度范围为 -200°C 至 +850°C
• 工作温度范围为 -40°C 至 +85°C
• 温度分辨率为 0.03°C
• 在 +23°C 时，量程误差 < 0.05% 或 ±0.2°C（以较大者为准）
• 在工作范围内，量程误差 < 0.1% 或 ±1.0°C
• 电源电压范围为 12V 至 40V
• 热电阻（RTD）激励电流为 200μA
• 自动补偿 3 线热电阻（RTD）的导线电阻
• 4 - 20mA 电流环输出
• 环路负载为 10.5Ω 至 1kΩ，高速可寻址远程传感器（HART）通信协议要求最小负载为 230Ω
• 传感器故障检测
• NAMUR 下限：< 3.2mA
• NAMUR 上限：可编程范围为 20.5mA 至 > 24mA
• 环路电流限制器：30mA ± 5mA
• 与 HART 协议兼容