高精度的溫度傳感電路設(shè)計
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圖4：兩種不同的 -ve連接方式設(shè)計電路
基于熱敏電阻的溫度測量系統(tǒng)可以說是圖3和圖4的集合?，F(xiàn)在，讓我們看看使用RTD的測量系統(tǒng)。金屬鉑RTD制成的溫度傳感器無論從時間和溫度上來說都是最精確、最穩(wěn)定的，所以在精確測量的應(yīng)用中使用它應(yīng)該是首選。RTD上的電壓降是可以測量的，和熱敏電阻的測量方式一樣，通常使用2線方法。連接RTD到測量系統(tǒng)時，要經(jīng)過較長的電路，如果使用電壓源作為激勵的話，電路走線電阻就成為主要的測量誤差源，圖5則給出了2線測量電路和4線測量電路設(shè)計上的區(qū)別。
圖5：2線連接和4線連接的測量電路設(shè)計
(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計算。因為測量系統(tǒng)具有很高的輸入阻抗, 在測控系統(tǒng)中沒有電流，因此分壓電阻節(jié)點和測量系統(tǒng)間的電阻是串聯(lián)方式，不會有影響。RTD的電阻(RRTD)可按方程6推導(dǎo)出來。
(方程6) RRTD = Rref*( V2-V1)/(V4-V3)
我們再來看一下方程5和方程6。測量的準(zhǔn)確度主要取決于Rref的精確度。為了在電壓激勵中克服這個問題，RTD使用恒流源來代替電壓源。當(dāng)使用恒流源時，穿過RTD的電壓降只取決于其電阻值和恒流源值。然而，使用恒流源勵磁時測量的準(zhǔn)確度取決于電流源的精確度。由于是進行精密的溫度測量工作，DAC電流應(yīng)該被TIA校準(zhǔn)。圖6顯示了使用PSoC3和PSoC5器件實現(xiàn)的一個基于RTD的溫度測量系統(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，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器RTD的溫度測量設(shè)計電路
1．根據(jù)應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器。
2．CDS有助于進行準(zhǔn)確的感測器的讀數(shù)，避免偏移誤差，消除低頻噪聲。
3．對于熱電偶系統(tǒng)，可以用濾波器來清除噪聲。
4．電流勵磁系統(tǒng)可以通過消除電路中不準(zhǔn)確的參考電阻來提高準(zhǔn)確度。
5．如果使用電壓激勵，應(yīng)該使用4線測量系統(tǒng)。
6．系統(tǒng)的整體精度取決于信號鏈的準(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的實現(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。
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