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不懂模擬電路設計,?如何完成溫度信號采集,?

2023-01-26
來源:江師大電信小希

  溫度傳感電路是許多工業(yè)系統的重要組成部分,在溫度傳感元件之中,,金屬鉑制成的熱電阻PT100可保證長期穩(wěn)定性,,寬溫度范圍內最精確。本文介紹幾種PT100采集電路方案,,分析精密溫度采集電路的設計要點,。

  常規(guī)的電路方案

  1. 使用ADI和TI公司的高集成ADC芯片完成采集,。電路需要少量的外圍無源元件,先從ADC讀取采樣值,,再在MCU中進行查表換算,,將采樣值換算成溫度值。

  2. 使用國產的信號鏈芯片自行搭建,。隨著國內基礎模擬信號鏈芯片的日益完善,,考慮使用國產器件完成同等性能的電路,如圖1,。這樣能降低物料供應鏈的風險,、進一步優(yōu)化成本,實現溫度采集,,這類基礎物理量采集電路的自主可控,。圖1電路主要由24位SD型ADC、運放,、模擬開關,、LDO、MCU等組成,,這些基礎元件的國產芯片已經成熟可用,,并且有可替換的國產型號。

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  圖1 國產信號鏈搭建的電路方案

  搭建精密溫度采集電路的要點

  1. 使用比率法測量,。電路實現如圖2,,測量精度和穩(wěn)定性在理論上只與精密參考電阻相關,能夠避開國產24位ADC器件自身增益誤差,、增益漂移等的不完美,。

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  圖2 比率法測量電路

  上述電路 IEXC為激勵電流源,VRTD是PT100兩端的電壓值,,VREF是ADC基準輸入端的電壓值,,有如下兩個表達式。

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  合并之后,,得到 RRTD的表達式,。

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  CodeRTD是ADC采集RTD兩端電壓得到的二進制代碼,Codefull_scales是ADC滿量程時的二進制代碼,,從 RRTD表達式可以看到,, RRTD測量值僅與Code的比率值和精密參考電阻相關。當使用10ppm電阻做為參考電阻時,,該比率測量電路可以獲得10ppm左右的測量電路溫漂性能,,卻不需要精密電壓基準。

  2. 考慮出廠校準,。在比率法中,,精密參考電阻決定(找元器件現貨上唯樣商城)了整體電路的增益誤差,,精密電阻自身精確度一般為0.1%,并且比率法不能修正ADC的失調電壓誤差,。當需要獲得0.1%及更高的電路精確度時,,需要對電路進行出廠校準。

  3. 抗工頻干擾,。PT100測量電路是典型的低速精密模擬電路,,1mA激勵時,傳感元件兩端的電壓值約在300mV以下,,容易受到50Hz工頻干擾信號影響,需要對采集數據做陷波或濾波處理,。

  4. 驗證工作環(huán)境溫度和EMC性能,。搭建好的整體測量電路,需要在-40~+85℃環(huán)境溫度下,,驗證實際測量精度和漂移,;驗證ESD靜電放電和EFT群脈沖干擾環(huán)境下的工作穩(wěn)定性,以滿足工業(yè)環(huán)境應用的可靠性要求,。

  ZAM6222兩路熱電阻采集模塊

  ZAM6222是一款針對PT100的工業(yè)雙通道熱電阻測溫模塊,,基于國產基礎信號鏈元件和比率法進行設計,已集成完整的精密溫度測量信號鏈路,,圖3為其內部框圖,。ZAM6222出廠基于Fluke5522A校準器的校準體系進行校準,溫度檢測精度可達0.02%±0.1℃,,溫度測量范圍-200~800℃,,電路溫漂最大15ppm。模塊支持50Hz工頻干擾抑制功能,,整體電路經過-40~+85℃環(huán)境溫度下的測量精度和溫漂驗證,,支持4000V的ESD和1000V的EFT性能。

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  圖3 ZAM6222內部框圖

  ZAM6222內部完成溫度查表轉換,,可以通過 I2C接口直接讀取以“℃”為單位的測溫數據,。用該模塊實現兩路PT100熱電阻溫度采集的典型電路如圖4,可見外圍電路簡潔,。相對于電路設計,、調試、校準和驗證的時間和設備投入,,ZAM6222提供了免復雜設計,、免復雜調試、直接讀取溫度值的簡潔方案,。

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  圖4 ZAM6222典型應用電路



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