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测量多种温度传感器及数字方式输出应用方案

亚德诺半导体 2018-03-28 08:36 次阅读

传感器高准确度数字温度测量系统 LTC2983,可测量多种温度传感器并以数字方式输出结果 (采用 ºC 或 ºF 为单位),具有 0.1ºC 的准确度和 0.001ºC 的分辨率。今天我们要讲的是 LTC2983 为何能够测量 18 个两线式 RTD?

单个 LTC2983 温度测量器件能支持多达 18个两线式RTD探头(如图 1 所示)。每个 RTD 测量包含同时检测由于电流 IS 而在 RSENSE 和 RTD 探头RTDx 两端所产生的两个电压。对每个电压进行差分检测,而且鉴于 LTC2983 拥有高共模抑制比,因此堆栈中 RTD 的数量并不会对个别测量产生不利影响。

图1 LTC2983 可支持 18 个 RTD 传感器 

RTD 探头的选择取决于系统准确度和灵敏度要求。例如,假设使用的是两线式探头,则可以证明在存在配线寄生电阻的情况下 PT-1000 更加坚固。

一旦选定了 RTD,则应选择合适的 IS 和 RSENSE 以使电阻器堆栈顶端的电压(CH1输入端上的V)在系统的整个工作温度范围内不超过 LTC2983 的输入共模限值。该要求表达为:

考虑图 1 所示的系统并假设下面限制条件:5V 电源轨、所有的 RTD 探头均为 PT-100 和最大预期温度测量在 150℃。表 1 列出了用于每个 PT-100 探头的通道分配字。其中,在该例中 CH3 检测 RTD1 探头,CH4 检测 RTD2⋯等。连接至 CH2 的电阻器按表 2 所示进行配置。

表 1. CH2 至 CH20RTD 通道分配字

表 2.检测电阻器通道配置字

RTD堆栈稳定时间

一旦激励电流源启用,则 R 和 C 链路需要一段有限的时间以实现稳定。这就是稳定时间 tS 。tS取决于每个输入节点上个别电阻器(RSENSE 和 RTD)和电容器的数量和数值。tS 的上限可通过总 RC 的集总来估测,但是这样做会得出过于悲观的结果。另一种获得 tS 的方法是简单地仿真一个电路,如图 2 所示。

图2 RTD堆栈的延迟线模型 

仿真的结果如图3。这里,所有的电容器均选为 100 nF,而RSENSE 为1 kΩ。每根线代表稳定至堆栈中最后一个 RTD 两端电压之终值的 0.1% 以内所需的稳定时间tS 。对于每幅曲线图,所有的 RTD 均为同一类型。

图3 RTD堆栈的仿真稳定时间

按照默认设置,LTC2983 在激励电流源的启用和ADC转换的起始点之间插入一个延迟时间 tDELAY =1 ms。然而,当 RTD 堆栈中的 PT-100 探头数量多于 2 个时,这个延迟时间就不够了(见图 3)。

tDELAY 可通过设定 MUX 配置寄存器 0x0FF 中的值来增加。按照默认设置,该寄存器是清零的。寄存器值每增加一个 LSB 代表默认 tDELAY 增加 100μs。例如,把 0x10 写入 0x0FF 寄存器产生的结果是:

需注意的是,该可编程延迟的最大值为 26.5 ms,这对于最多 6 个 PT-1000 器件的稳定来说是足够了(假设 C=100 nF)。如图 3 和图 4 所示。

图4 RTD堆栈的总转换时间

tDELAY 在每个个别ADC周期之前插入。每个 RTD 测量包括两个 ADC 周期。于是,RTD 堆栈的总转换时间大约为:

式中的t DELAY 可由用户设置,tCONV在产品手册的“CompleteSystemElectricalCharacteristics”(完整的系统电特性)表中给出,其通常为 164 ms(包括默认的 MUX 延迟),N 是将要测量的 RTD 数量。tTOTAL 如图4 所示。

结论

LTC2983 能够连接至最多 18 个两线式 RTD 探头,但是一定要把由 RC 系统引起的稳定延迟考虑在内。这个问题可能会因为所用RTD探头的数量和类型而加剧。延迟问题可以运用本文提出的模型和仿真进行考察。

原文标题:Power by Linear丨厉害了,一芯搞掂18个两线式RTD温度测量

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AC1331 16通道表面安装套件

AC1332 8通道表面贴装套件

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AC1332 8通道表面贴装套件

AC1307 3B系列电源、115V交流输入、±15V DC (+800/-225mA)和+24V DC (350mA)输出

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AC1307 3B系列电源、115V交流输入、±15V DC (+800/-225mA)和+24V DC (350mA)输出

AC1301 3B系列电源、115V交流输入、±15V DC、±350mA输出

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统产品详情AC1301是一款AC/DC双输出、±15 V DC电源,提供±350 mA的电流。利用附带的安装夹和硬件,可以将其安装在3B01、3B02或3B03背板上。工作温度范围为-25°C至+70°C。
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AC1301 3B系列电源、115V交流输入、±15V DC、±350mA输出

AC1315 I / O背板电缆

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AC1315 I / O背板电缆