23 de octubre de 2013

La (MAXREFDES15 #) diseño de referencia subsistema Monterey es una alta precisión loop industrial transmisor del sensor solar que se conecta a cualquier sensor de resistencia PT1000 estándar y convierte la temperatura linealizada a una señal de 4-20mA actual, que es inmune al ruido y se mantiene constante a través de largas distancias.

ESQUEMA DE REFERENCIA 5683

Monterey MAXREFDES15 #: Ultra-bajo consumo, alta precisión 4-20mA 2-Wire sensor de bucle de corriente

Por:
Qazi Muhammad

Carmelo Morello

18 de octubre 2013

Resumen: La (MAXREFDES15 #) diseño de referencia subsistema Monterey es una alta precisión loop industrial transmisor del sensor solar que se conecta a cualquier sensor de resistencia PT1000 estándar y convierte la temperatura linealizada a una señal de 4-20mA actual, que es inmune al ruido y se mantiene constante a través de largas distancias.

Introducción

Monterey (MAXREFDES15 #)
La imagen más detallada (JPG)

El bucle de 4 a 20 mA de corriente se utiliza ampliamente como unanálogo de la interfaz de comunicación en aplicaciones industriales para la transmisión de los datos de los sensores remotos a uncontrolador lógico programable (PLC) en un centro de control central a través de un par trenzado de cable . Aquí, 4mA representa el valor de temperatura más baja, y 20 mA representa la temperatura medida más alta. Hay cuatro ventajas principales del bucle de corriente. En primer lugar, la exactitud de la señal no se ve afectada por la caída de tensión en el bucle, siempre y cuando la tensión de la fuente de alimentación es mayor que la caída total de voltaje a través del bucle. En segundo lugar, se utiliza dos cables de potencia, así como la comunicación de datos a través de todo el bucle. En tercer lugar, es más inmune al ruido. Y, por último, se ofrece a un bajo costo y fácil instalación.

El diseño de Monterey se basa en una solución completa que combina Maxim ultra baja potencia, alta precisión y alta precisión.

  1. MAX44248 bajo nivel de ruido,. Amplificador de deriva cero op
  2. MAX11200 de alta precisión, de baja potencia, 24-bit delta-sigma ADC
  3. MAXQ615 microcontrolador de baja potencia
  4. MAX5216 de poco ruido, de alta precisión y bajo consumo de 16 bits DAC
  5. MAX9620 amplificador op de baja potencia
  6. MAX15007, amplia entrada de voltaje de baja potencia LDO

Este sensor alimentado en bucle transmisor está destinada a sensores industriales, automatización industrial, y de control de proceso, pero se puede utilizar en cualquier aplicación que requiera la conversión de alta precisión.

La simplicidad, la fiabilidad, buena inmunidad al ruido, larga distancia y bajo costo hacen que el Monterey ( MAXREFDES15 # ) ( Figura 1) interfaz muy adecuado para el control de procesos industriales y automatización de objetos remotos.

Figura 1. El diagrama de bloques del diseño del subsistema Monterey.
La imagen más detallada (GIF) Figura 1. El diagrama de bloques del diseño del subsistema Monterey.

Características

  • Ultra-bajo consumo de energía
  • -100 ° C a 100 ° C intervalo
  • Alta precisión
  • Alta precisión
  • Fuente de alimentación Simple y amplio rango de entrada
  • Consumo de corriente del sistema de menos de 2.1 mA
  • Detector de temperatura de resistencia ( RTD ) PT1000
  • Resolución 10000 recuentos o 0,1%
  • Precisión 0,25%

Equipo necesario

  • 10V a 40V fuente de alimentación
  • Alta precisión del medidor de corriente
  • RTD sensor PT1000 o un calibrador de temperatura

Quick Start

  • Conecte una fuente de alimentación estándar industrial en BUCLE + y bucles terminales J1 para encender el tablero.
  • Conectar el sensor a través de J3. El diseño actual de la tarjeta está configurada para su aplicación RTD de 2 cables. Pequeñas modificaciones en el lado del sensor se pueden realizar para utilizar una aplicación 3/4-wire RTD.

    • Descripciones de puente

    Tabla 1. Conector Descripción y posiciones Pos. predeterminada
    Saltador Posición por defecto Función
    J1 Instalado Pin de alimentación para Monterey Junta. Conecte través BUCLE + y LOOP-por el poder.
    J2 Instalado  
    J3 Instalado Conecte RTD través IN + e IN-.
    J4 Instalado entre los pines 1 y 2 El uso de un puente entre los pines 1 y 2 del J4 utiliza el MAX44248 . Este caso se utiliza para obtener la señal de entrada.
    J5 No se instala El uso de un puente entre los pines 2 y 3 de la J5 evitar el MAX44248. El alcance de la señal de entrada es alta y no se requiere amplificador.
    J6 No se instala  
    J7 Instalado  
    J8 Instalado  
    J9 Instalado Cuando no se instala, pasadores posteriores de este puente pueden ser usados ​​para medir el bucle-corriente generada.
     
     

Procedimiento de la Prueba

Relación entre la Corriente de salida (mA) y temperatura (° C)

La correspondencia simplificada entre la corriente de salida generada y la temperatura se puede expresar por la siguiente ecuación a continuación:

I SALIDA = 16mA [T ° C/200 ° C] + 12mA

donde T es la temperatura detectada por el RTD y yo SALIDA es el bucle de corriente.

Si RTD usado
  • Si se utiliza RTD, probarlo a diferentes temperaturas, y observar la corriente de bucle asociado.
  • En -100 ° C, la corriente de espera es 4mA
  • A -50 ° C, la corriente esperada es de 8 mA
  • A 0 º C, la corriente esperada es 12 mA
  • A 50 ° C, la corriente esperada es de 16 mA
  • A 100 ° C, la corriente esperada es de 20 mA
Si IDT calibrador utilizado
  • Si se utiliza el calibrador, prueba variando el valor de la temperatura para cambiar la resistencia entre los terminales de calibrador de IDT.
  • Observe:
    • En -100 ° C, la corriente de espera es 4mA
    • A -50 ° C, la corriente esperada es de 8 mA
    • A 0 º C, la corriente esperada es 12 mA
    • A 50 ° C, la corriente esperada es de 16 mA
    • A 100 ° C la corriente esperada es de 20 mA

Descripción detallada

La aplicación completa 4-20mA se compone de:

  • Transmisor del sensor inteligente (medición de procesos instrumento de campo)
  • Receptor (PLC)

El MAXREFDES15 # contiene el análogo de front-end de sensor, el microcontrolador, y el transmisor ( Figura 2 ). El 4-20mA receptorpuede ser implementado por los de Cupertino (MAXREFDES5 #) y Campbell (MAXREFDES4 #). Información sobre los de Cupertino y Campbell se puede encontrar en

Cupertino (MAXREFDES5 #)
Campbell (MAXREFDES4 #)

Este documento describe el funcionamiento del sensor inteligente que permite el proceso de bucle de 4-20mA.

El transmisor sensor inteligente

El bloque transmisor del sensor inteligente (véase la figura 2) consiste en:

  • Analógico front-end
  • Microcontroladores
  • Transmisor

El front-end analógico combina lo siguiente:

  • RTD sensor PT1000
  • Ultra-precisión, bajo ruido, cero deriva amplificador operacional (MAX44248)
  • Ultra-bajo consumo de energía, de alta precisión delta-sigma ADC (MAX11200)

El microcontrolador de baja potencia (MAXQ615) se utiliza para implementar la calibración y linealización.

El sensor utilizado en el tablero de Monterey es un termómetro de resistencia de platino (PT1000). Todo el sistema ofrece una excelente precisión de la amplia gama de temperaturas de -100 ° C a 100 ° C. El funcionamiento básico de este bloque sensor es para medir la temperatura, que se convierte posteriormente en corriente por la corriente 4-20mA bucle de fuente .

La variación en la temperatura crea un cambio en la resistencia galvánica de la puente de Wheatstone, debido al cambio en la resistividad del elemento RTD. Como los rangos de temperatura de -100 ° C a 100 ° C, un 150mV diferencial oscilación de tensión se observa a través del puente de Wheatstone con entradas A y B del amplificador de 50x.

La etapa de ganancia se utiliza para amplificar tensión diferencial muy menor que surge desde el puente de trigo-piedra. Puentes J4 y J5 ofrecen opciones para utilizar la etapa de amplificación o prescindir de ella. Cuando se utiliza, el voltaje diferencial se obtiene 50 veces mediante el uso de la MAX44248 antes digitalizado por el ADC MAX11200. Un amplificador de doble etapa (MAX44248) se utiliza como un amplificador diferencial 50x. La ganancia se puede cambiar mediante el cambio de las resistencias para que coincida con el rango de la señal deseada desde el puente de Wheatstone, manteniendo así el alcance de la señal de entrada adecuada y oscilación de salida desde el amplificador de conducir el ADC.

Figura 2. Ganancia bloque sensor de fase del amplificador.
Figura 2. Ganancia bloque sensor de fase del amplificador.

El MAXQ615 microcontrolador entonces los mapas de la tensión representada a la lectura de temperatura calibrado que se espera que el PT1000 para mostrar. El MAXQ615 tiene una transferencia de la función que compensa la función no lineal de la PT1000. La siguiente ecuación representa la función de compensación:

T = 0.8462dV 2 - 48.6623dV - 0.1519

donde T es la temperatura y dV es el voltaje diferencial

La información anterior sólo admite el PT1000 y por esta configuración de puente de Wheatstone, la selección de componentes front-end sensor especificado. Esta información asignada se envía entonces al transmisor a través de la interfaz SPI para la generación de bucle de corriente.

El bloque transmisor

La descripción bloque transmisor y guía de diseño paso a paso se explica en la ficha de datos de MAX5216LPT .

Evaluación de 4-20mA Aplicación Loop

Para evaluar la solicitud completa 4-20mA, se requiere lo siguiente.

  • El Consejo de Monterey (MAXREFDES15 #), que consiste en el bloque de sensor inteligente y transmisor de baja potencia
  • Un receptor de front-end analógico (Cupertino, Campbell, Fresno)
  • Una tarjeta de interfaz tales como Múnich USB2PMB1 # se puede utilizar para facilitar la evaluación de esta solicitud.

Los siguientes instrucciones paso a paso explica probar toda la aplicación utilizando el

  • RTD Fluke 724 Calibrador al final sensor
  • Monterey Junta MAXREFDES15 #
  • Cupertino Junta MAXREFDES5 # AFE como receptor
  • Múnich USB2PMB1 tarjeta adaptadora #
  1. Descargue la versión más reciente del software de Munich USB2PMB1 # bordo, PMOD_SPI.ZIP . Guarde el programa en una carpeta temporal y descomprima el archivo ZIP.
  2. Conecte el cable USB entre el USB2PMB1 tablero # Múnich y de la PC, el controlador USB se instala automáticamente.
  3. Conecte el conector del Munich USB2PMB1 tablero # 2 x 6-pin en ángulo recto a la de Cupertino 2 x 6-pin header en ángulo recto.
  4. Con la fuente de alimentación apagada, conecte el cable positivo de la fuente de alimentación de 12V DC para BUCLE + en el tablero de Monterey.
  5. Conecte LOOP en el tablero de Monterey a AIN2 en el tablero de Cupertino.
  6. Conecte GND2 en el tablero de Cupertino para el cable negativo de la fuente de alimentación.
  7. Conecte RTD conector del Fluke 724 con IN + del tablero de Monterey.
  8. Conecte COM conector del Fluke 724 con EN- del consejo Monterey.
  9. Empuje el IDT botón en el Fluke 724 para seleccionar PT1000.
  10. Encienda la fuente de alimentación.
  11. Abra el Munich USB2PMB1 # GUI y seleccione la ficha Cupertino.
  12. Haga clic en la ficha Scan_Devices y asegúrese de que Hardware: Cupertino conectado se muestra en la interfaz gráfica de usuario.
  13. Seleccione 0 V a 6 V rango de entrada de la interfaz gráfica de usuario.
  14. Seleccione PlotCurrent en la GUI.
  15. Presione el botón de medición / Fuente en el Fluke 724 para seleccionar Fuente.
  16. Ajuste el botón de la flecha en el Fluke 724 para ajustar la temperatura a -100 ° C. Observe que la pantalla actual en la interfaz gráfica de usuario es 4 mA.
  17. Del mismo modo, ajuste el botón de la flecha en el Fluke 724 para ajustar la temperatura a 100 ° C. Observe que la pantalla actual en la interfaz gráfica de usuario es 20mA.

Las mediciones de laboratorio

Figura 3. Cambio de error frente a la temperatura a 12V.
Figura 3. Cambio de error frente a la temperatura a 12V.

La Figura 4. Cambio de error frente a la temperatura a 24.
La Figura 4. Cambio de error frente a la temperatura a 24.

Figura 5. Límite de corriente vs voltaje con resistencia de detección 1.6kΩ bucle.
Figura 5. Límite de corriente vs voltaje con resistencia de detección 1.6kΩ bucle.

La Figura 6. Límite de intensidad frente a la temperatura con resistencia de detección 1.6kΩ.
La Figura 6. Límite de intensidad frente a la temperatura con resistencia de detección 1.6kΩ.

Todos los archivos de diseño

Descargar todos los archivos de diseño

Archivos de Hardware

Esquema de
lista de materiales (BOM)
PCB layout
PCB Gerber

Los archivos de firmware

El diseño de referencia Monterey viene con firmware cargado en el sistema. Para más detalles, póngase en contacto con la fábrica .

Compra de diseño de referencia

Compra directa: Monterey (MAXREFDES15 #)

O

Pide el diseño de referencia de Monterey (MAXREFDES15 #) a su representante local de Maxim.

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