采用LTC2983測量18個(gè)兩線式RTD

作者 / Tom Domanski ADI公司

　　單個(gè)LTC2983溫度測量器件能支持多達(dá)18個(gè)兩線式RTD探頭(如圖1所示)。每個(gè)RTD測量包含同時(shí)檢測由于電流IS而在RSENSE和RTD探頭RTDx兩端所產(chǎn)生的兩個(gè)電壓。對每個(gè)電壓進(jìn)行差分檢測，而且鑒于LTC2983擁有高共模抑制比，因此堆棧中RTD的數(shù)量并不會(huì)對個(gè)別測量產(chǎn)生不利影響。

　　圖1 LTC2983可支持18個(gè)RTD傳感器

　　RTD探頭的選擇取決于系統(tǒng)準(zhǔn)確度和靈敏度要求。例如，假設(shè)使用的是兩線式探頭，則可以證明在存在配線寄生電阻的情況下PT-1000更加堅(jiān)固。

　　一旦選定了RTD，則應(yīng)選擇合適的IS和RSENSE以使電阻器堆棧頂端的電壓(CH1輸入端上的V)在系統(tǒng)的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)不超過LTC2983的輸入共模限值。該要求表達(dá)為：

　　考慮圖1所示的系統(tǒng)并假設(shè)下面限制條件：5V電源軌、所有的RTD探頭均為PT-100和最大預(yù)期溫度測量在150°C。表1列出了用于每個(gè)PT-100探頭的通道分配字。請查考LTC2983產(chǎn)品手冊中的“ChannelAssignmentMemoryMap”(通道分配存儲(chǔ)器配置)。請注意，在該例中CH3檢測RTD1探頭，CH4檢測RTD2…等。

　　1 RTD堆棧穩(wěn)定時(shí)間

　　一旦激勵(lì)電流源啟用，則R和C鏈路需要一段有限的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。這就是穩(wěn)定時(shí)間tS。tS取決于每個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)上個(gè)別電阻器(RSENSE和RTD)和電容器的數(shù)量和數(shù)值。tS的上限可通過總RC的集總來估測，但是這樣做會(huì)得出過于悲觀的結(jié)果。另一種獲得tS的方法是簡單地仿真一個(gè)電路，如圖2所示。

　　圖2 RTD堆棧的延遲線模型

　　仿真的結(jié)果示于圖3。這里，所有的電容器均選為100 nF，而RSENSE為1 k。每根線代表穩(wěn)定至堆棧中最后一個(gè)RTD兩端電壓之終值的0.1%以內(nèi)所需的穩(wěn)定時(shí)間tS。對于每幅曲線圖，所有的RTD均為同一類型。

　　圖3 RTD堆棧的仿真穩(wěn)定時(shí)間

　　按照默認(rèn)設(shè)置，LTC2983在激勵(lì)電流源的啟用和ADC轉(zhuǎn)換的起始點(diǎn)之間插入一個(gè)延遲時(shí)間tDELAY=1 ms。然而，當(dāng)RTD堆棧中的PT-100探頭數(shù)量多于2個(gè)時(shí)，這個(gè)延遲時(shí)間就不夠了(見圖3)。

　　tDELAY可通過設(shè)定MUX配置寄存器0x0FF中的值來增加。按照默認(rèn)設(shè)置，該寄存器是清零的。寄存器值每增加一個(gè)LSB代表默認(rèn)tDELAY增加100 μs。請參閱LTC2983產(chǎn)品手冊中的“SupplementInformation”(補(bǔ)充信息)部分以了解有關(guān)MUX延遲的更多細(xì)節(jié)。例如，把0x10寫入0x0FF寄存器產(chǎn)生的結(jié)果是：

　　需注意的是，該可編程延遲的最大值為26.5 ms，這對于最多6個(gè)PT-1000器件的穩(wěn)定來說是足夠了(假設(shè)C=100 nF)。見圖3和圖4。

　　圖4 RTD堆棧的總轉(zhuǎn)換時(shí)間

　　tDELAY在每個(gè)個(gè)別ADC周期之前插入。每個(gè)RTD測量包括兩個(gè)ADC周期。于是，RTD堆棧的總轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為：

　　式中的tDELAY可由用戶設(shè)置，tCONV在產(chǎn)品手冊的“CompleteSystemElectricalCharacteristics”(完整的系統(tǒng)電特性)表中給出，其通常為164 ms(包括默認(rèn)的MUX延遲)，N是將要測量的RTD數(shù)量。tTOTAL概括于圖4。

　　2結(jié)論

　　LTC2983能夠連接至最多18個(gè)兩線式RTD探頭，但是一定要把由RC系統(tǒng)引起的穩(wěn)定延遲考慮在內(nèi)。這個(gè)問題可能會(huì)因?yàn)樗肦TD探頭的數(shù)量和類型而加劇。延遲問題可以運(yùn)用本文提出的模型和仿真進(jìn)行考察。