Перед проведением формального теста системы сбора данных с несколькими резистивными датчиками температуры (RTD) часто бывает необходимо откалибровать и отладить ее, чтобы проверить базовую функциональность. Метод решения «в лоб» состоял бы в том, чтобы подключить все датчики к интерфейсной плате и использовать климатическую камеру для установки температуры RTD. Более простым способом является использование программно-управляемого эмулятора RTD для получения напряжений, охватывающих диапазон выходных сигналов датчиков.
Резистивные датчики температуры выпускаются в двух-, трех- и четырехпроводных конфигурациях, которые различаются использованием чувствительных проводов (Рисунки 1а, 1б и 1в, соответственно). Самый простой тип RTD имеет два провода и не имеет измерительных проводов, в то время как трехпроводный RTD имеет один измерительный провод, подключенный непосредственно к выводу RTD, а четырехпроводный RTD имеет два измерительных провода.
 |
|
| Рисунок 1. | В различных конфигурациях подключения RTD (двух-, трех- и четырехпроводных) использование дополнительных измерительных проводов повышает точность за счет уменьшения ошибок, вызванных сопротивлением кабеля, но требует дополнительных проводов. |
Дополнительные измерительные провода используются для минимизации эффектов паразитного сопротивления, возникающих при использовании длинных кабелей и снижающих достижимую точность показаний датчиков. Четырехпроводные RTD обеспечивают самую высокую точность, но являются и самыми дорогими (Рисунок 2). Провод возбуждения (RTD_EXCITE) подключается к источнику постоянного тока, а возвратный провод (RTD_SENSE_RET) обычно подключается к нагрузочному резистору.
 |
|
| Рисунок 2. | Номенклатура проводов датчиков RTD сохраняет преемственность, независимо от используемого количества. |
Этот эмулятор поддерживает все три конфигурации (Рисунок 3). Для эмуляции характеристик реального RTD в нем используются внешний источник постоянного тока и нагрузочный резистор, имитирующие внешнюю плату датчика. Ток источника должен быть относительно низким для предотвращения саморазогрева датчика RTD. Обычно его значение выбирается в диапазоне от нескольких сотен микроампер до 1 мА. Считывание информации, как правило, выполняется с помощью инструментального усилителя и подключенного к его выходу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) разрядностью от 12 до 16 бит.
 |
|
| Рисунок 3. | В эмуляторе RTD Q1 (N-канальный низкоуровневый MOSFET) является активным компонентом, вырабатывающим управляемое напряжение для эмуляции RTD. |
В эмуляторе U1a сконфигурирован как дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 3,01. Усилитель U1b сконфигурирован как компаратор. Транзистор Q1 (MOSFET с низким уровнем порога) используется в качестве активного элемента, вырабатывающего напряжения в соответствии с опорным напряжением датчика VREF. Конденсатор C1 обеспечивает развязку по питанию, а C2 и C3 предотвращают самовозбуждение схемы. Выбранные номиналы резисторов R1 и R7 имитируют длинные кабельные подключения датчиков RTD. Здесь они представлены типичными значениями 1 Ом.
Вход опорного напряжения RTD_REF используется как основа формируемого напряжения. В данном случае он подключен к 16-разрядному цифро-аналоговому преобразователю (ЦАП), не показанному на схеме. Выходное напряжение VRTD между клеммами RTD_SENSE_H и RTD_SENSE_L определяется напряжением, подаваемым на вход RTD_SENSE_REF, и коэффициентом усиления G усилителя U1a:
При использовании 16-битного АЦП и опорного напряжения VREF, равного 2.5 В, эмулятор может выдавать напряжения от 0 до 830 мВ с шагом 12.7 мкВ. Это позволяет легко перекрыть температурный диапазон RTD от –200 °C до 384 °C, согласно, например, техническому описанию датчиков компании Omega Engineering [1]. Изменяя коэффициент усиления дифференциального усилителя или значение VREF, можно легко настроить параметры схемы для различных диапазонов.
Кроме того, в этой схеме напряжение RTD не зависит от источника тока. Можно использовать источник тока 100 мкА или 1 мА, или даже резистор, чтобы обеспечить требуемый ток и при этом для всех трех случаев получить одинаковые напряжения RTD. Напряжение RTD также не зависит от величины сопротивления нагрузки.
Чтобы эмулировать нелинейные характеристики реального RTD, следует использовать таблицу преобразования для генерации напряжений, соответствующих дискретным значениям температуры. Это должно выполняться под управлением программного обеспечения. С минимальными изменениями эта же схема может использоваться для имитации характеристик термистора. Для этого потребуется новая таблица преобразования, позволяющая программе генерировать напряжения, соответствующие кривой температура/напряжение выбранного термистора.
Ссылка
- “RTD Temperature vs. Resistance Table,” www.omega.com/temperature/Z/pdf/z252-254.pdf
Купить BSS138 на РадиоЛоцман.Цены
