如何使用delta-sigma模數(shù)轉換器實現(xiàn)鉑電阻溫度檢測器（PRTD）高性能

許多現(xiàn)代工業(yè)，醫(yī)療和商業(yè)應用要求在擴展的溫度范圍內(nèi)進行溫度測量，其精度為±0.3°C或更高，并且以合理的成本執(zhí)行并且通常功耗很低。本文介紹了鉑電阻溫度檢測器（PRTD）如何與可解決非線性問題的現(xiàn)代處理器一起使用時，如何在-200°C至+ 850°C的寬溫度范圍內(nèi)進行測量，其絕對精度和重復性優(yōu)于±0.3°C。數(shù)學方程式快速且經(jīng)濟高效。

簡介
每個電子設備都必須經(jīng)受不同的測試，以確定其預期性能。這是允許該設備在市場上發(fā)布之前的必要步驟。要進行的一項重要測試是溫度測量，以識別產(chǎn)品有效工作的溫度范圍。更重要的是，已知最高和最低工作溫度。

本文介紹了如何使用由delta-sigma模數(shù)轉換器（ADC）和ADC組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）來實現(xiàn)鉑電阻溫度檢測器（PRTD）的高性能，高精度，寬范圍的溫度測量?，F(xiàn)代處理器。該DAS具有高性能，但具有成本效益。

本文介紹的開發(fā)DAS可快速解決設計和數(shù)學難題，并在PRTD的最大范圍（-200°C至+ 850°C）內(nèi)實現(xiàn)精確的溫度測量。

鉑電阻溫度檢測器或PRTD是絕對溫度傳感設備，可確保在-200°C至+ 850°C的溫度范圍內(nèi)重復測量。此外，鉑非常穩(wěn)定，不受腐蝕或氧化的影響。因此，PRTD為需要精確溫度測量的精密工業(yè)和醫(yī)療應用提供了最佳性能。

PRTD幾乎是線性設備。根據(jù)溫度范圍和其他條件，您可以通過計算-20°C至+ 100°C的溫度范圍內(nèi)的PRTD電阻變化來進行線性近似.1對于較寬的溫度范圍（-200°C至+850但是，為了達到更高的精度，溫度測量PRTD標準（EN 60751：2008）通過稱為Callendar-Van Dusen方程的非線性數(shù)學模型定義了鉑電阻與溫度的關系。

幾年前，這種算法的實現(xiàn)可能在DAS設計中提出技術和成本方面的限制。當今的現(xiàn)代處理器，例如MAXQ2000和價格適中的PC，可以快速，經(jīng)濟高效地解決這些挑戰(zhàn)，同時為用戶提供友好的圖形顯示。

Callendar-Van Dusen方程可用于這種現(xiàn)代DAS中，以將-200°C至+ 850°C寬動態(tài)范圍的誤差降低到可以忽略的水平。精度將達到±0.3°C或更高。

設計示例DAS
本文討論的DAS在PRTD線性溫度范圍-20°C至+ 100°C范圍內(nèi)提供了高分辨率，低噪聲的測量。無需執(zhí)行Callendar-Van Dusen方程，其精度為±0.15％。通過使用PRTD1000（PTS1206-1000Ω），這是一種非常常見的鉑RTD，既具有尺寸又具有成本效益，因此在給定范圍內(nèi)可獲得優(yōu)于±0.05°C的溫度分辨率。

這種簡單的DAS使用MAX11200 24位delta-sigma ADC進行數(shù)據(jù)轉換，并使用低功耗，經(jīng)濟高效的MAXQ2000處理器2進行數(shù)據(jù)采集。DAS在PC中實現(xiàn)線性化算法。也可以使用任何其他有能力的處理器，控制器或DSP。

PTD1206-1000Ω等PRTD器件在-55°C至+ 155°C的溫度范圍內(nèi)是一個有吸引力的選擇，因為它們具有標準的表面貼裝器件（SMD）尺寸，與表面貼裝電阻器封裝和價格在較低的一美元范圍內(nèi)。對于-50°C至+ 500°C的溫度范圍，薄膜PRTD是一種經(jīng)濟實用的選擇。3薄膜PRTD由沉積在陶瓷基板上的薄膜鉑和玻璃涂層的鉑元素組成。電阻和溫度偏差可控制在±0.06％和±0.15°C之內(nèi)，其公差符合EN 60751的A級。對于在液體或腐蝕性環(huán)境中進行高溫測量，通常將薄膜PRTD放置在保護裝置內(nèi)。探測。

圖1是顯示為本文開發(fā)的精密DAS的簡化示意圖。它使用MAX11200 ADC的評估板（EV）。MAX11200的GPIO1引腳設置為輸出，以控制繼電器校準開關，該繼電器選擇固定的RCAL電阻或PRTD。這種多功能性提高了系統(tǒng)精度，將所需的計算減少到RA和RT的初始值，并且同時提供了出色的系統(tǒng)診斷功能。

處理數(shù)據(jù)

MAXQ2000-RAX微控制器上的固件管理以下主要功能，如圖2所示：

1.初始化MAX11200 ADC

2.收集并處理ADC的輸出數(shù)據(jù)

3.保持與PC的USB接口

初始化期間，MAX11200 ADC進行自校準過程，設置最佳采樣率（10sps或15sps），并啟用輸入信號緩沖器。采樣率的選擇對于工業(yè)和醫(yī)療應用中的溫度測量非常重要。該DAS能夠以出色的（100dB或更高）電源線50Hz / 60Hz抑制率進行合理的快速數(shù)據(jù)采集。推薦的用于60Hz線頻抑制的外部時鐘為2.4576MHz，這對于1、2.5、5、10和15sps的數(shù)據(jù)速率有效。對于50Hz的線頻抑制，推薦的外部時鐘為2.048MHz，這對于0.83、2.08、4.17、8.33和12.5sps的數(shù)據(jù)速率有效。

輸入信號緩沖器的使用將輸入阻抗增加到高兆歐范圍。由于實際上消除了輸入動態(tài)電流的分流效應，因此提高了測量精度。

固件還使用MAX3420E USB接口，因此在PC端不需要驅動程序軟件。通過USB將DAS連接到PC后，MAX3420E USB模塊將初始化，并準備好傳輸ADC溫度轉換。

結論

近年來，PRTD成為各種精密溫度感測應用的理想器件，在-200°C至+ 850°C的溫度范圍內(nèi)，絕對精度和可重復性至關重要。如果要直接連接ADC和PRTD，則這些應用需要低噪聲ADC。PRTD和ADC共同提供了一個溫度測量系統(tǒng)，非常適合便攜式傳感應用。這種組合提供了高性能，但具有成本效益。

為了準確地測量最大PRTD范圍（-200°C至+ 850°C）中的溫度，必須執(zhí)行稱為Callendar-Van Dusen方程（EN 60751：2008）的非線性數(shù)學算法。但是僅僅幾年前，實施這些算法在DAS系統(tǒng)設計中就出現(xiàn)了技術和成本方面的限制。當今的現(xiàn)代處理器（如MAXQ2000）與價格合理的PC結合在一起，可以快速，經(jīng)濟高效地解決這些挑戰(zhàn)。

編輯：hfy