可支持电阻温度检测器的高精度接口

可支持电阻温度检测器的高精度接口

---电阻温度检测器电阻RRTD= (100 + 0.39083T-0.00005775T2)Ω (1)

---图1的电路最适宜采用4引线白金电阻温度检测器，目前采用的众多配置之中也以这款设计最为准确。4引线白金电阻温度检测器设有Kelvin连接动力引线及传感引线。图1中的W1及W4这两条引线属于动力引线，负责将电阻温度检测器连接到恒流电源。另外两条引线W2及W3属于传感引线，负责将电阻温度检测器的电压连接到放大器。这个设计可将负责驱动电阻温度检测器的恒流电源与测量电路分开，其优点是，测量电阻温度检测器的电压时，即使W1和W4引线出现压降也不会影响测量数字的准确性。

---下面解释为何引线会造成测量上出现误差。假若探头采用3m长的24级铜线，而这条导线将电阻与测量仪表连接一起，那么引线的电阻可以用下式计算出来：2×3m×(0.0857Ω/m) = 0.514Ω。若温度为0℃时，电阻温度检测器的电阻会按照0.39Ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514Ω/(0.39Ω/℃)=1.31℃。温度越高，误差也就越大。若温度为400℃，白金电阻温度检测器的电阻会按照0.35Ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514Ω/(0.35Ω/℃)=1.46℃。

可以激励电阻温度检测器的其他电路

---图3的电路采用恒流电源。只要引线压降、白金电阻温度检测器及R8电阻所产生的总电压不超过A1放大器的最高输出摆幅，1mA的电流便会流入白金电阻温度检测器。传感引线W2及W3的电压可以用式3计算出来。

---VPRTD=0.001×RPRTD (3)

---图4利用图表方式比较这两种不同电路设计的性能。曲线1是输出恒流驱动电流的VPRTD，而曲线2则是输出恒压驱动电流的VPRTD。由于分压器的关系，恒压驱动电流的线性表现会受到一定的影响，以致其实际表现会增添一些非线性的特性。

恒流激励器

---恒流电源供应器由放大器1(即LMP2011高精度放大器)、R8电阻及2.5V LM4140参考电路组成。恒流值可以用公式4计算出来。

---IRTD= Vref/R8 (4)

---若要确保R8电阻能够充分发挥其性能，可以采用已封装微调的薄膜电阻阵列，例如，可以先将4个10kΩ电阻并行连接一起，然后装载在同一封装内，组装成一个准确的2.5kΩ电阻。

信号放大器

---A2、A3和A4三个放大器可以组装一起，成为仪表测量放大器。以这一电路为例来说，应用的温度范围是0～700℃，因此这个温度范围之内的电阻便应该介于100～345.28Ω之间。若输入电流为1mA，传感引线的电压会在0.10～0.34528V的范围内波动。再假设LM4140A-2.500电压参考电路也为模拟/数字转换器提供电压参考，而白金电阻温度检测器的信号则调高至其满标度的2.5V，那么仪表测量放大器必须提供的增益则等于2.500/0.34528=7.2405。仪表测量放大器的整体增益可以用公式5计算出来,但必须受R3=R1、R4=R2及R6=R5这三个前提限制。

---Av=(1+2R5/R7)(R1/R2) (5)

---由于要求的增益较低，因此所有增益都来自第一级放大器，而且这方面的增益可以利用R7的电阻值加以控制。由于增益可以加以设定，因此其他电阻也必须采用相同的电阻值。R1、R2、R3、R4、R5及R6等电阻的电阻值应互相参照调校，以便尽量缩小彼此的差距。这些电阻最适宜用来组装微调薄膜电阻组，其优点是各电阻在有需要时可以加以互相参照调校，确保彼此的差值不会超过0.01%。R7的电阻值可以用公式6计算出来。

---7.2405=(1+2(10kΩ)/R7)(10kΩ/10kΩ) (6)

---这里，R1、R2和R5均为10kΩ，计算得出R7=3.2049kΩ。

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