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以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发,人工智能将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。世界油气工业的发展同样要走智能化之路,这既是油气技术发展规律使然,又是油气工业开发难采油气资源和应对低油价之所需。 “中国制造2025”明确提出把智能制造工程作为五项重点工程之一,要求大力推进制造过程智能化。“互联网+”协同制造,以智能工厂为发展方向,开展智能制造试点示范,有效支撑制造业智能化转型,构建开放、共享、协作的智能制造产业生态。 随着我国石油和化学工业的迅猛发展,“智能油田”、“智能钻井”、“智能管道”、“智能炼厂”、“智能化工厂”建设的大力推进,生产装置规模大型化、高度自动化、智能化、信息化已成为必然趋势,自动化仪表行业将迎来广阔的发展空间。 中国国际石油和化工自动化技术装备及仪器仪表展览会(CIECA),将于2019年3月27日-29日在北京zyclxmzsw·中国国际展览中心(新馆)与全球 石油展(cippe)同期举办。有来自全球65个 和地区的参展企业1800家,18大国际展团,展览面积90,000平米。展会有新华社、人民日报、中央电视台、中国日报、中石油报、中石化报、Upstream、Worldoils、 Oil and Gas Australia、TB Petroleum中国证券报、上海证券报、 财经日报、华尔街日报及新华网、新浪、搜狐、人民网等国内外上千家媒体报道。
图1中的电路专为使用 ADT7320同时测量3个K型热电偶而设计,该器件是一款±0.25°C精度、16位数字SPI温度传感器。zyclxmzsw 热电偶电压测量 采用热电偶连接器和滤波器作为热电偶与AD7793 ADC之间的接口。每个连接器(J1、J2和J3)都直接与一组差分ADC输入相连。AD7793输入端的滤波器可在信号到达ADC的AIN (+)和AIN(?)输入端之前降低任何热电偶引脚上叠加的噪声。AD7793集成片内多路复用器、缓冲器和仪表放大器,可放大来自热电偶测量结点的小电压信号。 冷结测量 ADT7320精密16位数字温度传感器用于测量基准结(冷结) 温度,其精度在?20°C至+105°C温度范围内可达±0.25°C。 ADT7320完全经过工厂校准,用户无需自行校准。它内置一个带隙温度基准源、一个温度传感器和一个16位Σ-Δ型 ADC, 用来测量温度并进行数字转换, 分辨率为 0.0078°C。 AD7793和ADT7320均利用系统演示平台 (EVAL-SDP-CB1Z)由SPI接口控制。此外,这两个器件也可由微控制器控制。 图2. EVAL-CN0172-SDPZ电路评估板 图2显示带有3个K型热电偶连接器的EVAL-CN0172-SDPZ 电路评估板,AD7793 ADC, 和ADT7320温度传感器安装在独立柔性印刷电路板(PCB)的两块铜触点之间,用于基准温度测量。 图3是安装在独立柔性PCB上ADT7320 的侧视图,该器件插在热电偶连接器的两个铜触点之间。图3中的柔性PCB更薄更灵活,比小型FR4类PCB更具优势。它允许将ADT7320巧妙地安装在热电偶连接器的铜触点之间,以尽量降低基准结和ADT7320之间的温度梯度。 图3. 安装在柔性PCB上ADT7320的侧视图 小而薄的柔性PCB还能使ADT7320快速响应基准结的温度变化。 图4显示ADT7320的典型热响应时间。 图4.ADT7320典型热响应时间 本解决方案较为灵活,允许使用其它类型的热电偶,如J型或T型。本电路笔记中,选择K型是考虑到其更受欢迎。实际选用的热电偶具有裸露 。测量结位于探头壁(probe wall)之外,暴露在目标介质中。 采用裸露 的优势在于,它能提供 的热传导率、具有快的响应时间,并且成本低、重量轻。不足之处是容易受到机械损坏和腐蚀的影响。因此,不适合用于恶劣环境。但在需要快速响应时间的场合下,裸露 是 选择。若在工业环境中使用裸露 ,则可能需对信号链进行电气隔离。可使用数字隔离器达到这一目的 (见 不同于传统的热敏电阻或电阻式温度检测器(RTD), ADT7320是一款完全即插即用型解决方案,无需在电路板装配后进行多点校准,也不会因校准系数或线性化程序而消耗处理器或内存资源。它在3.3 V电源下工作时的典型功耗仅为700μW,避免了会降低传统电阻式传感器解决方案精度的自发热问题。 精密温度测量指南 下列指南可确保ADT7320地测量基准结温度。 电源: 如果ADT7320 从开关电源供电,可能产生50 kHz以上的噪声,从而影响温度精度。为了防止此缺陷,应在电源和VDD. 之间使用RC滤波器。所用元件值应仔细考虑,确保电源噪声峰值小于1 mV 去耦: ADT7320必须在尽可能靠近 VDD 的地方安装去耦电容,以确保温度测量的精度。使用诸如0.1μF高频陶瓷类型的去耦电容。此外,还应使用一个低频去耦电容与高频陶瓷电容并联,如10μF 至 50 μF 钽电容。 热传导: 塑料封装和背面的裸露焊盘(GND)是基准结至ADT7320的主要热传导路径。由于铜触点与ADC输入相连,本应用中无法连接背面的焊盘,因为这样做会影响 ADC输入的偏置。 精密电压测量指南 下列指南可确保AD7793地测量热电偶测量结电压。 去耦:AD7793必须在尽可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安装去耦电容,以确保电压测量的精度。应将0.1 μF陶瓷电容与 10 μF钽电容并联,将AVDD去耦到GND。此外,应将0.1 μF 陶瓷电容与10 μF钽电容并联,将DVDD去耦到GND。 更多有关接地、布局和去耦技巧的讨论,请参考Tutorial MT-031 和 Tutorial MT-101 滤波:AD7793的差分输入用于热电偶线路上的大部分共模噪声。例如,将组成差分低通滤波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端,可热电偶引脚上可能存在的叠加噪声。C1和C2电容提供额外的共模滤波。由于输入ADC 的AIN(+)和AIN(?)均为模拟差分输入,因此,模拟调制器中的多数电压均为共模电压。AD7793的出色共模抑制(100 dB小值)进一步了这些输入信号中的共模噪声。 本方案解决的其它难题 下文总结了本解决方案是如何解决前文提到的其它热电偶相关难题。 热电偶电压放大:热电偶输出电压随温度的变化幅度只有每度几μV。本例中所用的常见K型热电偶变化幅度为41μV/°C。这种微弱的信号在ADC转换前需要较高的增益级。 AD7793内部可编程增益放大器(PGA)能够提供的 增益为128。本解决方案中的增益为16,允许AD7793通过内部基准电压源运行内部满量程校准功能。 热电偶的非线性校正:AD7793在宽温度范围(–40°C至 +105°C)内具有出色的线性度,不需要用户校正或校准。为了确定实际热电偶温度,必须使用美国 标准技术研究院(NIST)所提供的公式将参考温度测量值转换成等效热电电压。此电压与AD7793测量的热电偶电压相加,然后再次使用NIST公式将两者之和再转换回热电偶温度。另一种方法涉及查找表的使用。然而,若要获得同样的精度,查找表的大小可能有较大不同,这就需要主机控制器为其分配额外的存储资源。所有处理均通过EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。 欲查看完整原理图和EVAL-CN0172-SDPZ的布局,请参见 CN-0172设计支持包: 常见变化 对于精度要求较低的应用,可用 AD7792 16位Σ-Δ 型ADC 替代 AD7793 24位Σ-Δ 型ADC对于基准温度测量,可用 ±0.5°C精度的 ADT7310 数字温度传感器替代±0.25°C精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。
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