原创 在测量系统中精确地复用远程三线RTD

2008-7-4 01:46 1691 4 4 分类: 测试测量
测量系统中复用几个三线电阻式温度检测器(RTD)时,为保持精度,必须消除复用器的误差电压。误差电压是RTD激励电流流过复用器电阻而产生的。只要事先作一些考虑,是可以在设计中消除误差电压。由于RTD远离测量系统,设计必须考虑导线电阻上的电压降所产生的误差。本文说明了如何在不引入更多误差的情况下,监测任意数量的最流行的三线RTD电路。

这里给出了8个RTD的测量。每个待测远程RTD带具有4个单刀单掷(SPST)CMOS开关:SW1a-SW1d连接RTD#1,依次类推,SW8a-SW8d连接RTD#8。与任何单个RTD相关的4个开关都接到模数转换器(ADC)上,并且要不全开,要不全关。每个ADG711包括4个SPST开关,因此一个ADG711可用于一个RTD的测量。

因为一次只能测量一个RTD,所以每个RTD必须有一个独立的控制线以控制其相连开关。为使图示尽可能简单,这里没有画出这些控制线。但是,ADG711内部的4个开关的控制输入都接在一起,并由测量系统内部的微处理器进行控制。另外,RTD为远程的,所以每个远程RTD和测量系统之间的导线电阻用集总电阻表示,如RTD#1的RL1a、RL1b和RL1c。

AD7783是24位低功率、∑-δ ADC,包括两个匹配的电流源,每个电流源的额定值都是200μA,这样可同时消除开关和导线引起的误差。在25℃条件下,这些电流源的匹配程度在1%以内,而且随温度变化得很小(典型值小于1ppm/℃)。通常情况下,在这种匹配程度下的读数误差为1ppm/℃,但AD7783允许电流源切换以消除该误差。在两次测量间切换激励电流,并连续两次读RTD,可将该误差减小到0。输入信号IPIN(图中未画出)控制两个电流源的切换。

一次精确测量需要进行两次转换。例如,若要测量RTD#1的值,它的控制线将关闭所有的SW1开关。电流源关闭,这样IEXC1从芯片的IOUT1引脚流出,通过SW1a激励RTD#1。为补偿导线损耗(IEXC1×R L1a),匹配电流源IEXC2从封装引脚IOUT2流出,并流过SW1d。只要RL1a等于RL1b,导线损耗就可以抵消,不会产生测量系统误差。

为避免开关上的任何本地损耗((电源电压为5V时的导通电阻典型值为2.5Ω)),测量系统用SW1b和 SW1c在开关远程端监测RTD的电压。AD7783的高输入阻抗缓冲器阻止电流流过这两个监测开关。电压参考是一个比值,等于(IEXC1+IEXC2)与RREF之积。转换结果被暂时保存起来。

在第二次转换中,电流源导通,IEXC1从IOUT2流出,IEXC2从IOUT1流出。第二次转换结果与第一次转换结果相加得到一个值,该值可被看作时RTD值与精密参考电阻RREF值的无量纲比值。

若设置AD7783输入电压范围为1,精确参考电阻值为6.25kΩ,800Ω的RTD#1产生0.128的比值,945Ω的RTD#2 则产生0.1512的比值。


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作者:John Wynne



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