電路結構

 

提供雙線式
、三線式和四線式RTD 配置，其中
，雙線式配置的器件成本最低，四線式器件精度最佳。三線式RTD 通常用 於工業應用中，可采用兩個相同的電流源激勵，以消除引腳電阻。與精密參考電阻一同使用時，電流源誤差不影響測量精度。高性能ADC（如AD7792和AD7793集成激勵電流源，適合高精度RTD 測量。

 

圖1 顯示片內電流源激勵兩個三線式RTD。RTD 通道可由多 路複用器選擇，如ADG5433高壓
、防閂鎖、三路SPDT 開關。

 

圖1. 兩個三線式RTD 多路複用至一個AD7792/AD7793 ADC

 

一次隻能測量一個RTD。S1A、S1B 和S1C 閉合測量RTD #1
； S2A
、S2B 和S3B 閉合測量RTD #2。單個ADG5433 可切換兩個三線式RTD；可增加額外的多路複用器處理兩個以上的傳感 器。R_LXX表示RTD 和測量係統之間由於導線過長引入的電阻以及開關的導通電阻。

 

計算RTD電阻

 

由於S1A、S1B 和S1C 閉環測量RTD #1
，RTD 電阻可計算如下：

 

 

因此，測量值僅取決於 R_REF的數值（和精度）。但請記住，我們假定I_OUT1 = I_OUT2 ，並且 RL_1A = RL_1B = RL_1C。事實上，這些電流和電阻失配是測量誤差的主要來源。

 

電流源和線路電阻失配的影響

 

下一步
，假定兩個電流源失配，比如 I_OUT2 = (1 + x) I_OUT1。現在，考慮下列情況：

 

 

請(qing)注(zhu)意(yi)
，失(shi)配(pei)會(hui)導(dao)致(zhi)失(shi)調(tiao)誤(wu)差(cha)以(yi)及(ji)增(zeng)益(yi)誤(wu)差(cha)。失(shi)調(tiao)誤(wu)差(cha)與(yu)兩(liang)個(ge)引(yin)腳(jiao)電(dian)阻(zu)之(zhi)間(jian)的(de)失(shi)配(pei)有(you)關(guan)
，而(er)增(zeng)益(yi)誤(wu)差(cha)與(yu)兩(liang)個(ge)電(dian)流(liu)源(yuan)之(zhi)間(jian)的(de)失(shi)配(pei)有(you)關(guan)。如(ru)果(guo)不(bu)考(kao)慮(lv)這(zhe)些(xie)失(shi)配(pei)情(qing)況(kuang)
，則(ze)根(gen)據(ju)ADC 的數據讀數計算的RTD 電阻值將是不準確的。

 

以200 Ω RTD 為例, 表1 顯示不考慮失配時，得到的數值；其 中R_REF = 1000 Ω, I_OUT1 = 1 mA, I_OUT2 > I_OUT1 （以百分比顯示）
， RL_1A = 10 Ω, RL_1C > RL_1A （以電阻值顯示）。

 

表1. 不考慮失配時的RTD 測量值

 

最小化誤差

 

數據顯示很小的失配就會嚴重影響精度
，因此應當使用匹配良好的電流源和開關
，以便改進性能。

 

傳遞函數是線性的，因此可輕鬆校準電流源和電阻失配導致的初始誤差。然而
，失配隨溫度的變化而改變，這使得補償變得 很不容易。因此，選用的器件應隨溫度的變化而具有低漂移特性。

 

若 I_OUT1 ≠ I_OUT2, 且電流源如圖所示連接：

 

 

假定我們交換 I_OUT1 和 I_OUT2, 使 I_OUT1 連接 V_IN– 和 I_OUT2 並連接 V_IN+:

 

 

現在，如果我們對轉換結果求和，並且電流源以初始方向連接， 同時第二次轉換時交換電流源
，則可得：

 

請注意，測量值現已獨立於電流源失配。唯一的缺點是速度的損失
，因為每次RTD 計算都需經過兩次轉換。

 

AD7792 和AD7793 針對該應用設計。如圖2 所示，通過寫入 I/O 寄存器，集成開關可簡化電流源到輸出引腳的交換。

 

圖2. AD7792/AD7793 功能框圖

 

結論

 

在AD7792/AD7793 器件內交換激勵電流源可改善多路複用 RTD 測量電路的精度。計算顯示了電流源和線路電阻之間失配 問題的重要性

 

參考電路

 

Kester, Walt, James Bryant, and Walt Jung. “Temperature Sensors.” Sensor Signal Conditioning, Section 7. Analog Devices, Inc., 1999.

 

 

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