最大限度減少多路復(fù)用3線RTD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的誤差

電阻溫度檢測器（RTD）在許多工業(yè)應(yīng)用中監(jiān)測溫度。在分布式控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC）中，一個數(shù)據(jù)采集模塊可以監(jiān)控許多遠(yuǎn)程RTD的溫度。在高性能應(yīng)用中，當(dāng)每個RTD都有自己的激勵電路和ADC時，將獲得最佳精度，但數(shù)據(jù)采集模塊將很大、價格昂貴且耗電。多路復(fù)用可實現(xiàn)更小、成本更低、功耗更低的模塊，但可能會損失一些精度。本文討論如何最大限度地減少多路復(fù)用系統(tǒng)中的錯誤。

電路結(jié)構(gòu)

RTD 提供 2 線、3 線和 4 線配置，其中 2 線器件成本最低，4 線器件精度最高。3線RTD通常用于工業(yè)應(yīng)用，可由兩個相同的電流源激勵，以抵消引線電阻。當(dāng)與精密基準(zhǔn)電阻一起使用時，電流源誤差不會影響測量精度。AD7792和AD7793等高性能ADC集成了激勵電流源，非常適合高精度RTD測量。

圖1顯示了兩個由片內(nèi)電流源激勵的3線RTD。RTD通道由多路復(fù)用器選擇，例如ADG5433高壓、防閂鎖、三通道SPDT開關(guān)。

圖1.兩個3線RTD多路復(fù)用到一個AD7792/AD7793 ADC。

一次只能測量一個RTD。S1A、S1B 和 S1C 關(guān)閉以測量 RTD #1;S2A、S2B 和 S2C 關(guān)閉以測量 RTD #2。單個ADG5433可以切換兩個3線RTD;可以添加額外的多路復(fù)用器來處理兩個以上的傳感器。RL二十 表示RTD和測量系統(tǒng)之間的長導(dǎo)線引入的電阻，加上開關(guān)的導(dǎo)通電阻。

計算RTD電阻

在 S1A、S1B 和 S1C 閉合以測量 RTD #1 的情況下，RTD 的電阻可以計算如下：

因此，測量僅取決于R的值（和精度）裁判.但是，請記住，我們假設(shè)我輸出1 = 我輸出2和 RL1一 = RL1乙 = RL1C.事實上，這些電流和電阻的不匹配是測量誤差的主要來源。

不匹配電流源和導(dǎo)線電阻的影響

接下來，假設(shè)兩個電流源不匹配，使得輸出2= （1 + x） I輸出1.現(xiàn)在，請考慮以下事項：

請注意，失配會產(chǎn)生失調(diào)誤差和增益誤差。失調(diào)誤差與兩個引線電阻之間的失配有關(guān)，而增益誤差與兩個電流源之間的失配有關(guān)。如果不考慮這些失配，則基于從ADC讀取的數(shù)據(jù)計算的RTD電阻值將不正確。

以200 Ω RTD為例，表1顯示了不考慮失配時的采集值，給定R裁判= 1000 Ω，I輸出1= 1 mA，I輸出2 > 我輸出1按顯示的百分比，RL1一= 10 Ω，RL1C > RL1一通過顯示的阻力。

表 1.不考慮失配時的測量RTD值

最小化錯誤

數(shù)據(jù)顯示，小的失配會嚴(yán)重降低精度，應(yīng)使用匹配良好的電流源和開關(guān)來提高性能。

傳遞函數(shù)是線性的，因此可以輕松校準(zhǔn)電流源和電阻不匹配引起的初始誤差。不幸的是，不匹配隨溫度變化，因此難以補償。因此，使用溫度漂移低的器件非常重要。

與我輸出1≠ I輸出2，以及連接的電流源，如下所示：

假設(shè)我們交換 I輸出1和我輸出2，這樣我輸出1現(xiàn)在連接到V在–和我輸出2現(xiàn)在連接到 VIN+:

現(xiàn)在，如果我們將以原始方向連接的電流源進(jìn)行轉(zhuǎn)換的結(jié)果與交換的電流源的第二次轉(zhuǎn)換的結(jié)果相加，則結(jié)果為

請注意，測量現(xiàn)在與電流源不匹配無關(guān)。唯一的缺點是速度損失，因為每個RTD計算需要兩次轉(zhuǎn)換。

AD7792和AD7793專為此應(yīng)用而設(shè)計。如圖2所示，集成開關(guān)可通過寫入I/O寄存器，輕松地將電流源交換到輸出引腳。

圖2.AD7792/AD7793的功能模塊

結(jié)論

交換AD7792/AD7793內(nèi)的激勵電流源可以提高多路復(fù)用RTD測量電路的精度。計算表明電流源和導(dǎo)線電阻之間不匹配的重要性。