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高精度温度测量如何带动铂电阻温度检测器( PRTD)和E-A ADC的应用?

2017-03-11 19:02分类:变频器 阅读:

       工业和医学应用中,如果在-200~+800℃温度范围内对温度测量的绝对精度和可重复性要求非常高,最好选择铂电阻温度(RT)检测器,即PRTD。铂元素非常稳定,且不容易腐蚀或氧化。镍、铜及其他金属也可用于RTD,但这些材料的稳定性或可重复性不如铂,所以应用并不普遍。
    随着PRTD标准(如欧洲的IEC 60751和美国的ASTM 1137)的演进,开始允许系统之间互换传感器,只要满足传感器容限和温度系数的要求。基于这些标准,传感器很容易由相同或不同制造商的传感器所替代,对系统稍加修改或校准即可满足额定指标要求。
    (1) PRTD基础
    三种常见的PRTD包括PTlOO、PT500和PTIOOO,0℃下分别呈现100Q、500Q和1000Q阻值。也有成本稍高的大阻值传感器,如PTIOOOO。PTIOO曾经非常流行,但目前趋势是使用阻值更高的传感器,以稍高或同等成本提供更高的灵敏度和分辨率。典型代表是PTlOOO,0℃下的电阻值为lkQ。
    Vishay⑧、JUMO Process Control等多家厂商可提供标准SMD尺寸(类似于表贴电阻封装)的PRTD,价格通常不到1美元,具体取决于电阻值、尺寸大小和容限。此类器件大幅降低了温度传感器成本,并为设计人员提供在任何印制板(PCB)上PRTD替代产品的灵活性。以下电路采用了比较常见的高性价比PTS1206,是由Vishay Beyschlag提供的1000Q PRTD。PRTD传统测量方法是采用电流源激励,如图4-165所示。
    远端测量且采用不同引线时,图4-165 (a)所示4线(开尔文连接)架构可以获得最精确的测量结果。这种方法中,电流承载线与测量线完全独立。该配置中,OUT1为PRTD提供200UA电流,OUT2保持浮空。对于RTD没有安装在ADC附近的大多数工业应用,由于每根引线都会增加系统成本,引发可靠性问题,所以更倾向于使用较少的引线。
    如果引线相似,图4-165 (b)所示3线温度检测技术更经济,且读数准确。这也是其得到普遍使用的原因。MAX1403 ADC的两个匹配电流源抵消了引线电阻的IR误差。OUT1和OUT2均源出200yA电流。
    图4-165 (c)所示2线技术最为经济,但只用于已知引线寄生电阻且电阻固定不变的场合。通常利用微处理器或DSP的内部计算对引线的IR误差进行补偿。由于PTlOOO PRTD较高的阻值,受引线电阻的影响较小,同时也降低了自身发热产生的误差,所以即使采用2线配置也能直接连
接ADC。
    MAX11200 ADC可以采用不同类型的PRTD,表4-25列出了该ADC的部分重要特性。




    作为电流激励的替代方案,可以采用高精度电压源激励PRTD。对于较高阻值的PRTD,电压激励更合适,可以利用ADC的电压基准为PRTD提供偏压。PRTD可直接连接到ADC,ADC基准通过一个高精度电阻提供PRTD偏置电流(见图4-166)。ADC即可以高精度比例测量温度。








小结
    最近几年,随着PRTD价格的下降、封装尺寸的减小,这类器件已广泛用于高精度温度检测。温
度检测系统中,如果ADC和表贴PRTD直接连接,则要求使用低噪声ADC(如MAX11200)。PRTD
和ADC相结合,提供理想用于便携式测试设备的温度测量方案。这一组合具有高性能和高成效。
    MAX11200较高的无噪声分辨率、内部缓冲器和GPIO驱动器,可直接连接到高灵敏度PRTD(如
PTlOOO),无须额外的仪表放大器或专用电流源。更少的接线、更低的温度误差进一步降低了系统复
杂度和成本,使设计人员能够在长达2米的距离使用2线接口配置。



 

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