鉑電阻溫度檢測(cè)器(PRTD)和ADC應(yīng)用

高端工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用需要在整個(gè)溫度范圍提供±1°C至±0.1°C，甚至更高精度的溫度測(cè)量，并且價(jià)格合理、功耗較低。此類應(yīng)用的測(cè)溫范圍(-200°C至+1750°C)通常需要使用熱電偶和鉑電阻溫度(RT)檢測(cè)器，即PRTD。?

PRTD基礎(chǔ)

三種常見的PRTD包括PT100、PT500和PT1000，0°C下分別呈現(xiàn)100Ω、500Ω和1000Ω阻值。也有成本稍高的大阻值傳感器，例如PT10000。PT100曾經(jīng)非常流行，但目前趨勢(shì)是使用阻值更高的傳感器，以稍高或同等成本提供更高的靈敏度和分辨率。典型代表是PT1000，0°C下的電阻值為1kΩ。

Vishay?、JUMO Process Control等多家廠商可提供標(biāo)準(zhǔn)SMD尺寸(類似于表貼電阻封裝)的PRTD，價(jià)格通常不到1美元，具體取決于電阻值、尺寸大小和容限。此類器件大幅降低了溫度傳感器成本，并為設(shè)計(jì)人員提供在任何印制板(PCB)上PRTD替代產(chǎn)品的靈活性。以下電路采用了比較常見的高性價(jià)比PTS1206，是由Vishay Beyschlag提供的1000Ω PRTD1。PRTD傳統(tǒng)測(cè)量方法是采用電流源激勵(lì)，如圖1所示2。

圖1. PRTD可采用4線(a)、3線(b)或2線(c)接口檢測(cè)溫度。每種設(shè)計(jì)均向ADC (這里為MAX1403)提供差分信號(hào)。

遠(yuǎn)端測(cè)量且采用不同引線時(shí)，圖1a所示4線(開爾文連接)架構(gòu)可以獲得最精確的測(cè)量結(jié)果。這種方法中，電流承載線與測(cè)量線完全獨(dú)立。該配置中，OUT1為PRTD提供200μA電流，OUT2保持浮空。對(duì)于RTD沒有安裝在ADC附近的大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用，由于每根引線都會(huì)增加系統(tǒng)成本，引發(fā)可靠性問題，所以更傾向于使用較少的引線。

如果引線相似，圖1b所示3線溫度檢測(cè)技術(shù)更經(jīng)濟(jì)，且讀數(shù)準(zhǔn)確。這也是其得到普遍使用的原因。MAX1403 ADC的兩個(gè)匹配電流源抵消了引線電阻的IR誤差。OUT1和OUT2均源出200μA電流。

圖1c所示2線技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)，但只用于已知引線寄生電阻且電阻固定不變的場(chǎng)合。通常利用微處理器或DSP的內(nèi)部計(jì)算對(duì)引線的IR誤差進(jìn)行補(bǔ)償。由于PT1000 PRTD較高的阻值，受引線電阻的影響較小，同時(shí)也降低了自身發(fā)熱產(chǎn)生的誤差，所以，即使采用2線配置也能直接連接ADC。

MAX11200?ADC可以采用不同類型的PRTD，表1列出了該ADC的部分重要特性。

表1. MAX11200的主要技術(shù)指標(biāo)

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作為電流激勵(lì)的替代方案，可以采用高精度電壓源激勵(lì)PRTD。對(duì)于較高阻值的PRTD，電壓激勵(lì)更合適，可以利用ADC的電壓基準(zhǔn)為PRTD提供偏壓。PRTD可直接連接到ADC，ADC基準(zhǔn)通過一個(gè)高精度電阻提供PRTD偏置電流(圖2)。ADC即可以高精度比例測(cè)量溫度。

圖2. 該電路采用電壓激勵(lì)，非常適合配合高阻值PRTD工作。

假設(shè)引線電阻的量級(jí)遠(yuǎn)低于RA和RT，可采用下式計(jì)算：

式中，RA為限流電阻；RT為t°C時(shí)的PRTD電阻；VRTD為PRTD電壓；VREF為ADC基準(zhǔn)電壓。同時(shí)：

式中，AADC為ADC輸出編碼，F(xiàn)S為ADC的滿幅編碼(即，對(duì)于單端配置的MAX11200，為223-1)。合并式1和2：

從式3可知，RA必須滿足RT指標(biāo)規(guī)定的精度要求。