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XTR 系列集成变送电路在一体化温度变送器中的应用系列集成变送电路在一体化温度变送器中的应用 摘摘 要要：XTR105、XTR112、XTR114 是美国 Burr－Brown 公司在传感器领域推出的用于 RTD 的两线制专用集成 变送电路， 这个电路的突出优点是可以对 Pt 电阻中的二次项进行线性化补偿 文章介绍了它们的工作原理及其在一 体化温度变送器中的应用 关键词关键词：XTR；RTD；线性化；温度变送器 温度是工业现场用得最多的待测物理量， 热电阻由于在测量的灵敏度、 线性度等诸多方面均优于热电偶， 因此， 在中低温区得到了更广泛的应用由于一体化温度变送器结构紧凑、维护量小、安装使用方便，因而在石油、化工、 钢铁等领域得到了广泛应用美国 Burr－Brown 公司正是为了适应这种要求，在传感器领域推出了主要用于 RTD 的两线制专用集成变送电路 1 工作原理工作原理 XTR105、XTR112、XTR114 是高精度、低漂移、自带两路激励电流源、可驱动电桥和 RTD 的 4－20mA 两线 制集成单片变送器，它的最大特点是可对铂电阻中的二次项进行线性化补偿，从而使 RTD 的非线性大大改善，其 改善前后的非线性比可达 40：1。

图 1 所示是 XTR112 的内部电路原理图图中，IR1、IR2 为两路精密基准电流源； VREG 则可提供大约 5．1V 的电压源，XTR112 芯片可驱动 2．1mA 的负载电流，当驱动电流超过 2．1mA 时，将 会影响 4mA 的零点输出电流；RG 为外接量程控制电阻 XTR105、XTR112、XTR114 的主要特征如下： （1）整个电路的电压－电流传递函数为： Io＝4mA＋VIN（40／RG） （2）电源电压范围宽达 7．5～36V； （3）12 脚（VLIN）用于 RTD 线性化； （4）当用在精度要求较高的场合时，需要外接一个 NPN 三极管 Q1（如图 1 所示），以将外部电源电流与消耗 严格地分开，从而降低 XTR112 的内部功耗及发热，减少热漂移以提高电路性能由于这个外接三极管位于反馈回 路中，其参数要求如下： VCEO≥45V，βmin＝40，PD＝800mW 当对精度要求不高时，可直接在 8 脚与 6 脚之间连接一个 3．3kΩ 的电阻 （5）由于 XTR 由单一电源供电，为了保证工作性区域，其输入端相对于公共地 6 脚的电压应满足下式： 1．25≤V＋IN，V－IN≤3．5V （6）由于测量的精度随着输入信号（VIN＝V＋IN－V－IN）的增加而提高，所以，为了提高测量精度，应尽 量使 VIN 大一些； （7）负载电阻 RL 的选择必须保证输出电流在 4～20mA 之间变化，并使 7、10 两脚电压在 7．5～36V 之间， RLmax＝（VPS－7．5）／20mA－RWIRING 对于以上各项要求，XTR105、XTR112、XTR114 都相同，只有两路基准电流源 IR1、IR2 稍有不同，具体如下： 2 在一体化温度变送器中的应用在一体化温度变送器中的应用 2．．1 在在 Pt 一体化温度变送器中的应用一体化温度变送器中的应用 铂电阻具有测温范围宽，稳定性能好等优点，但铂电阻是一种非线性测温元件。

根据国际电工委员会提供的数 据，铂电阻的电阻－温度关系式在温度范围为－200℃～0℃和 0℃～850℃时分别为 显然，随着测量范围的增大，非线性越发严重因此，在精度要求较高或测温范围较宽时，就必须解决线性问 题 BB 公司推出的 XTR 系列产品的显著优点就是可以对非线性元件与铂电阻的电阻－温度关系式的二次项进行非 线性补偿图 2 所示为两线制 Pt 温度变送器的电路连接其中 RZ 为调零电阻，RG 为量程电阻，RLIN1 为非线性 补偿电阻，C1 为去耦电容，C2 则用于降低共模噪声 通过 RLIN1 提供的正反馈可实现对 Pt 的二次项补偿，从而使 Pt 的非线性大大改善，改善前后的非线性比最大 可达 40：1 为了使XTR工作性区域， 并保证一定的测量精度， 对于不同型号的Pt， 应选择不同的XTR芯片 （从XTR105、 XTR112、XTR114 中选择）以及相应的 RCM具体如下： 下面以量程为－200℃～850℃的 Pt100 为例来说明 XTR 在铂电阻一体化温度变送器中的应用 根据器件的电压 电流传递函数，在此温度范围内，Pt100 相应的电阻值变化范围为 20．54Ω～390．26Ω，如选用 XTR105 且使 RCM ＝1kΩ，则： 同时，由于 XTR105 的基准电流源在三个器件中是最大的（0．8mA），因此，其 VIN 灵敏度也较高。

实际上，如果设计合理，XTR105 对 Pt100 进行二次项补偿前后的非线性可以从 4．6％改善为 0．3％图 3 所 示是 RTD 在补偿前后的非线性比较如果测量范围减小，其非线性度还将会明显减小 当 RTD 开路时，XTR 输 出电流将达到上限值 （约为 27mA） ； 而当 RTD 短路时， XTR 输出电流将达到下限值 （XTR105 约为 2． 2mA； XTR112 约为 1．3mA；XTR114 约为 1mA）因此，通过测量输出电流的大小，便可以判断 RTD 的开路或短路 2．．2 在在 Cu 一体化温度变送器中的应用一体化温度变送器中的应用 由于铂电阻是贵金属， 因此， 在一些测量精度要求不太高且温度较低的场合， 普遍采用铜热电阻进行温度测量 它的测量范围为－50℃～150℃，在此温度范围内，铜热电阻的电阻－温度关系为： Rt＝R0（1＋αt） 式中，α 为温度系数，铜一般为 4．25×10－3／℃～4．28×10－3／℃ 显然，铜热电阻的电阻－温度关系是线性的，所以不需要对其进行线性化但是，为了使 XTR 具有更好地线 性和测量精度，对于 Cu50、Cu100 来说，最 好使用 XTR105，并取 RCM＝1kΩ。

3 结束语结束语 由于 XTR 系列 4－20 mA 两线制集成单片变送器性能稳定、精度高、价格低廉、所需外围电路少，因此，该器 件除了用于热电阻温度变送器外，同时在热电偶温度变送器、压力（差压）变送器等领域也得到了广泛应用 参考文献参考文献 1．Burr－Brown Corporation ICData Book．1997，1998，1999 2．黄继昌，等．传感器工作原理及应用实例．人民 出版社，1998 。