Источник тока для трехпроводных резистивных датчиков температуры

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

John Wynne

EDN

В приложениях, где требуется дистанционное измерение с помощью трехпроводного резистивного датчика температуры (RTD), важно устранить омические составляющие ошибок, вызванные током возбуждения, протекающим через сопротивления проводов. Иногда RTD размещают на расстоянии более 1000 футов от АЦП при сопротивлении подводящих проводов в десятки Ом. Обычно для устранения омических ошибок используются два идентичных источника тока, преобразующих падение напряжения на проводах в синфазный сигнал, который подавляется дифференциальным входом АЦП. Этот метод основан на небезосновательном предположении о том, что сопротивления проводов трехпроводного RTD одинаковы. На Рисунке 1 показана типичная схема, основанная на таком допущении. Предполагается, что два источника тока идентичны и согласованно отслеживают изменения температуры и напряжения питания. Однако определенный уровень рассогласования все-таки существует. В приложениях, в которых первостепенное значение имеет точность, может оказаться целесообразным использовать только один источник тока возбуждения RTD, чтобы избежать любого потенциального несоответствия между двумя источниками. Однако вариант с использованием единого источника тока для возбуждения трехпроводного RTD усложняет задачу компенсации падений напряжения, поскольку сигнал, представляющий падения на проводах, теперь не является синфазным.

Рисунок 1.	Два источника тока превращают падения напряжения на проводах в синфазный сигнал.

Тем не менее, падения напряжения на проводах все-таки можно устранить с помощью двухканального АЦП и небольших дополнительных программных вычислений. Вы берете результаты двух преобразований, а программа вычитает ошибку, обусловленную сопротивлениями проводов. На Рисунке 2 сопротивления проводов представлены сосредоточенными элементами R_L1, R_L2 и R_L3. Предположим, что сопротивления проводов всех трех выводов одинаковы (R_L1 = R_L2 = R_L3 = R_L). Фактически, необходимо только, чтобы были равны R_L2 и R_L3, поскольку R_L1 появляется в обоих уравнениях. RTD в этой схеме используется включенным «вверх ногами». Два МОП-ключа SW_A и SW_B направляют ток возбуждения в соответствующий вывод RTD. Во избежание прерываний в прохождении тока рекомендуется выполнять коммутацию по схеме «сначала замыкание, затем размыкание». Исходно оба переключателя замкнуты. Измерения начинаются с размыкания SW_A, после чего AD7711A выполняет первое измерение. Измеренное напряжение, равное 2I₁R_L, представляет общее падение напряжения на входном и выходном проводах. Затем SW_A закрывается, а SW_B открывается. АЦП выполняет измерение в Канале 2. Измеренное напряжение равно 2I₁R_L + V_RTD. Это напряжение представляет общее падение напряжения на входном и выходном проводах плюс полезный сигнал. Член V_RTD мы получаем путем вычитания результата первого измерения из второго. Источником тока возбуждения в схеме на Рисунке 2 служит внутренний 400-микроамперный источник микросхемы AD7711A.

Рисунок 2.	Один источник тока и программное вычитание исключают ошибку, обусловленную падением напряжения на проводах.

Материалы по теме