高精度的溫度傳感電路設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
圖4：兩種不同的 -ve連接方式設(shè)計(jì)電路
基于熱敏電阻的溫度測(cè)量系統(tǒng)可以說是圖3和圖4的集合?，F(xiàn)在，讓我們看看使用RTD的測(cè)量系統(tǒng)。金屬鉑RTD制成的溫度傳感器無(wú)論從時(shí)間和溫度上來(lái)說都是最精確、最穩(wěn)定的，所以在精確測(cè)量的應(yīng)用中使用它應(yīng)該是首選。RTD上的電壓降是可以測(cè)量的，和熱敏電阻的測(cè)量方式一樣，通常使用2線方法。連接RTD到測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，要經(jīng)過較長(zhǎng)的電路，如果使用電壓源作為激勵(lì)的話，電路走線電阻就成為主要的測(cè)量誤差源，圖5則給出了2線測(cè)量電路和4線測(cè)量電路設(shè)計(jì)上的區(qū)別。
圖5：2線連接和4線連接的測(cè)量電路設(shè)計(jì)
(方程5) RRTD = (Rref+Rwire)*( V2-V1)/(V-V2)
另一方面，在4線電路中的RTD電阻可以按照方程6計(jì)算。因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)具有很高的輸入阻抗, 在測(cè)控系統(tǒng)中沒有電流，因此分壓電阻節(jié)點(diǎn)和測(cè)量系統(tǒng)間的電阻是串聯(lián)方式，不會(huì)有影響。RTD的電阻(RRTD)可按方程6推導(dǎo)出來(lái)。
(方程6) RRTD = Rref*( V2-V1)/(V4-V3)
我們?cè)賮?lái)看一下方程5和方程6。測(cè)量的準(zhǔn)確度主要取決于Rref的精確度。為了在電壓激勵(lì)中克服這個(gè)問題，RTD使用恒流源來(lái)代替電壓源。當(dāng)使用恒流源時(shí)，穿過RTD的電壓降只取決于其電阻值和恒流源值。然而，使用恒流源勵(lì)磁時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于電流源的精確度。由于是進(jìn)行精密的溫度測(cè)量工作，DAC電流應(yīng)該被TIA校準(zhǔn)。圖6顯示了使用PSoC3和PSoC5器件實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基于RTD的溫度測(cè)量系統(tǒng)。這些器件有片上電流源，不需要額外增加模擬放大器電路。同時(shí)，這些設(shè)備有片上TIA可以用于為IDAC校準(zhǔn)。
圖6：基于電阻式溫度檢測(cè)器RTD的溫度測(cè)量設(shè)計(jì)電路
1．根據(jù)應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器。
2．CDS有助于進(jìn)行準(zhǔn)確的感測(cè)器的讀數(shù)，避免偏移誤差，消除低頻噪聲。
3．對(duì)于熱電偶系統(tǒng)，可以用濾波器來(lái)清除噪聲。
4．電流勵(lì)磁系統(tǒng)可以通過消除電路中不準(zhǔn)確的參考電阻來(lái)提高準(zhǔn)確度。
5．如果使用電壓激勵(lì)，應(yīng)該使用4線測(cè)量系統(tǒng)。
6．系統(tǒng)的整體精度取決于信號(hào)鏈的準(zhǔn)確度和精率。因此，建議使用高精度高分辨率的Delta sigma 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC。
7．為了適應(yīng)環(huán)境的變化，而又能保證精度，建議使用基于混合信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方式。
溫度傳感電路部分是許多工業(yè)系統(tǒng)或嵌入式設(shè)計(jì)的重要組成部分。我們已經(jīng)討論了在準(zhǔn)確讀取傳感器值時(shí)所面臨的各種各樣的挑戰(zhàn)，以及如何使用精確模擬技術(shù)來(lái)提高精度。這些是通用的技術(shù)，它同樣適用于其他傳感器接口電路。
評(píng)論