高精度的溫度傳感電路設計
加入技術(shù)交流群
圖4：兩種不同的 -ve連接方式設計電路
基于熱敏電阻的溫度測量系統可以說(shuō)是圖3和圖4的集合?，F在，讓我們看看使用RTD的測量系統。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(shuō)都是最精確、最穩定的，所以在精確測量的應用中使用它應該是首選。RTD上的電壓降是可以測量的，和熱敏電阻的測量方式一樣，通常使用2線(xiàn)方法。連接RTD到測量系統時(shí)，要經(jīng)過(guò)較長(cháng)的電路，如果使用電壓源作為激勵的話(huà)，電路走線(xiàn)電阻就成為主要的測量誤差源，圖5則給出了2線(xiàn)測量電路和4線(xiàn)測量電路設計上的區別。
圖5：2線(xiàn)連接和4線(xiàn)連接的測量電路設計
(方程5) RRTD = (Rref+Rwire)*( V2-V1)/(V-V2)
另一方面，在4線(xiàn)電路中的RTD電阻可以按照方程6計算。因為測量系統具有很高的輸入阻抗, 在測控系統中沒(méi)有電流，因此分壓電阻節點(diǎn)和測量系統間的電阻是串聯(lián)方式，不會(huì )有影響。RTD的電阻(RRTD)可按方程6推導出來(lái)。
(方程6) RRTD = Rref*( V2-V1)/(V4-V3)
我們再來(lái)看一下方程5和方程6。測量的準確度主要取決于Rref的精確度。為了在電壓激勵中克服這個(gè)問(wèn)題，RTD使用恒流源來(lái)代替電壓源。當使用恒流源時(shí)，穿過(guò)RTD的電壓降只取決于其電阻值和恒流源值。然而，使用恒流源勵磁時(shí)測量的準確度取決于電流源的精確度。由于是進(jìn)行精密的溫度測量工作，DAC電流應該被TIA校準。圖6顯示了使用PSoC3和PSoC5器件實(shí)現的一個(gè)基于RTD的溫度測量系統。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)，這些設備有片上TIA可以用于為IDAC校準。
圖6：基于電阻式溫度檢測器RTD的溫度測量設計電路
1．根據應用選擇恰當的傳感器。
2．CDS有助于進(jìn)行準確的感測器的讀數，避免偏移誤差，消除低頻噪聲。
3．對于熱電偶系統，可以用濾波器來(lái)清除噪聲。
4．電流勵磁系統可以通過(guò)消除電路中不準確的參考電阻來(lái)提高準確度。
5．如果使用電壓激勵，應該使用4線(xiàn)測量系統。
6．系統的整體精度取決于信號鏈的準確度和精率。因此，建議使用高精度高分辨率的Delta sigma 模擬數字轉換器ADC。
7．為了適應環(huán)境的變化，而又能保證精度，建議使用基于混合信號的實(shí)現方式。
溫度傳感電路部分是許多工業(yè)系統或嵌入式設計的重要組成部分。我們已經(jīng)討論了在準確讀取傳感器值時(shí)所面臨的各種各樣的挑戰，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。
評論