Высокая точность, стабильность и широкий рабочий диапазон делают платиновые термометры сопротивления (RTD) популярными датчиками температуры. Для полного использования желаемых характеристик этих устройств преобразование их сигналов требует внимательного подхода. Мостовая схема на Рисунке 1, в которой RTD привязан к земле, отличается высокой точностью. Подключение к земле часто бывает желательным для снижения уровня помех. Плечо моста, содержащее RTD, питается от источника тока, в то время как на противоположное плечо моста подано напряжение смещения. Токовое возбуждение позволяет напряжению на RTD изменяться непосредственно в зависимости от изменения сопротивления, обусловленного температурой. Разность между этим потенциалом и потенциалом противоположного плеча моста формирует выходной сигнал моста.
 |
|
| Рисунок 1. | Линеаризованный мост с платиновым RTD. Обратная связь к мосту от усилителя A3 линеаризует схему. |
Усилитель A1A и инструментальный усилитель A2 образуют источник тока, управляемый напряжением. Выходной ток усилителя A1A, смещенного напряжением опорного источника LT1009, проходит через резистор 88.7 Ом и RTD. Усилитель A2, дифференциально подключенный к резистору 88.7 Ом, замыкает цепь обратной связи к A1A. Цепь 2 кОм – 0.1 мкФ устанавливает частоту среза усилителя, обеспечивая устойчивость конфигурации. Поскольку обратная связь усилителя A1A поддерживает постоянное напряжение на резисторе 88.7 Ом, ток через RTD (Rp) остается постоянным. Рабочая точка A1 в основном определяется опорным напряжением 2.5 В микросхемы LT1009.
Постоянный ток RTD вынуждает напряжение на нем изменяться в зависимости от его сопротивления, имеющего практически линейный положительный температурный коэффициент. Нелинейность может привести к нескольким градусам погрешности в рабочем диапазоне температур схемы от 0 °C до 400 °C. Выходной сигнал моста поступает на инструментальный усилитель A3, который обеспечивает дифференциальное усиление и одновременную коррекцию нелинейности. Коррекция осуществляется путем подачи части выходного сигнала усилителя A3 обратно на вход усилителя A1 через делитель 10 кОм – 250 кОм. Это приводит к небольшому смещению тока, подаваемого в Rp, относительно его рабочей точки, компенсируя нелинейность датчика до уровня ±0.05 °C. Усилитель A1B, обеспечивающий дополнительное масштабируемое усиление, формирует выходной сигнал схемы.
Для калибровки этой схемы замените Rp прецизионным декадным магазином сопротивлений. Установите сопротивление магазина на значение 0 °C (100.00 Ом) и отрегулируйте нулевое значение для выходного напряжения 0.00 В. Затем установите магазин на значение 140 °C (154.26 Ом) и отрегулируйте усиление для получения выходного напряжения 3.500 В. Наконец, установите магазин на значение 249.0 Ом (400.00 °C) и отрегулируйте линейность для выходного сигнала 10.000 В.Наконец, установите сопротивление магазина на 249.0 Ом (400.00 °C) и отрегулируйте линейность для выходного напряжения 10.000 В. Повторяйте эту последовательность до тех пор, пока не зафиксируете все три температурные точки. Суммарная погрешность во всем диапазоне будет находиться в пределах ±0.05 °C. Приведенные значения сопротивлений соответствуют номинальному сопротивлению датчика 100.00 Ом (при 0 °C). Датчики, сопротивление которых отклоняется от этого номинального значения, могут использоваться с учетом отклонения от 100.00 Ом. Это отклонение, указанное производителем для каждого отдельного датчика, представляет собой смещение, обусловленное допусками намотки при изготовлении RTD. Наклон температурной характеристики платины определяется в первую очередь чистотой материала и имеет очень малую погрешность.
В предыдущем примере получение точного линейного выходного сигнала моста с платиновым RTD основывалось на аналоговых методах. На Рисунке 2 для получения аналогичных результатов используется цифровая коррекция. Для коррекции остаточных нелинейностей RTD используется процессор. Свойственная мосту нелинейность выходного сигнала также учитывается процессором.
 |
|
| Рисунок 2. | Формирователь сигнала платинового RTD с цифровой линеаризацией. |
Регулятор LT1027 питает мост напряжением 5 В. Дифференциальный выходной сигнал моста считывается инструментальным усилителем A1. Выходной сигнал A1 через каскад масштабирования усиления A2 подается на 12-разрядный АЦП LTC1290. Необработанные выходные коды АЦП LTC1290 отражают нелинейность зависимости выходного сигнала моста от температуры. Процессор корректирует выходные коды АЦП и выдает линеаризованные откалиброванные данные. Отклонения номиналов RTD и резисторов требуют подстройки нуля и полной шкалы, но коррекция линейности не требуется. Аналоговый выход A2 доступен для приложений управления с обратной связью.
Купить LT1006 на РадиоЛоцман.Цены
