Messung einer Vielzahl von Temperatursensoren und Digitalausgang Anwendungen
Hochgenaues digitales Multisensor-Temperaturmesssystem LTC2983, mit dem eine Vielzahl von Temperatursensoren gemessen und die Ergebnisse (in ° C oder ° F) mit einer Genauigkeit von 0,1 ° C und einer Auflösung von 0,001 ° C digital ausgegeben werden können. Heute sprechen wir darüber, warum der LTC2983 18 Zweidraht-RTDs messen kann. Ein einzelnes LTC2983-Temperaturmessgerät kann bis zu 18 Zweidraht-RTD-Sonden unterstützen (siehe Abbildung 1). Bei jeder RTD-Messung werden gleichzeitig zwei Spannungen erfasst, die aufgrund des Stroms IS an der RSENSE- und der RTD-Sonde RTDx erzeugt werden. Die Differenzerfassung wird für jede Spannung durchgeführt, und angesichts des hohen Gleichtakt-Unterdrückungsverhältnisses des LTC2983 wirkt sich die Anzahl der RTDs im Stapel nicht nachteilig auf einzelne Messungen aus.
Die Wahl der RTD-Sonde hängt von den Anforderungen an die Systemgenauigkeit und Empfindlichkeit ab. Beispielsweise kann unter der Annahme, dass eine Zweidraht-Sonde verwendet wird, gezeigt werden, dass der PT-1000 bei Vorhandensein eines parasitären Verdrahtungswiderstands robuster ist. Sobald der Widerstandsthermometer ausgewählt ist, sollten IS und RSENSE so ausgewählt werden, dass die Spannung am oberen Ende des Widerstandsstapels (V am Eingang CH1) die Gleichtaktgrenze des LTC2983 über den gesamten Betriebstemperaturbereich nicht überschreitet vom System. Die Anforderung wird wie folgt ausgedrückt:
Betrachten Sie das in Abbildung 1 gezeigte System und nehmen Sie die folgenden Einschränkungen an: Bei der 5-V-Stromschiene sind alle RTD-Sonden PT-100 und die maximal zu erwartende Temperatur wird bei 150 ° C gemessen. In Tabelle 1 sind die Kanalzuweisungswörter für jede PT-100-Sonde aufgeführt. In diesem Beispiel erkennt CH3 die RTD1-Sonde und CH4 die RTD2-Sonde. Die an CH2 angeschlossenen Widerstände sind wie in Tabelle 2 gezeigt konfiguriert.
Einschwingzeit des RTD-Stapels
Sobald die Erregerstromquelle aktiviert ist, brauchen die R- und C-Verbindungen eine begrenzte Zeit, um sich zu stabilisieren. Dies ist die Einschwingzeit tS. tS hängt von der Anzahl und dem Wert der einzelnen Widerstände (RSENSE und RTD) und Kondensatoren an jedem Eingangsknoten ab. Die obere Grenze von tS kann durch die Summe der Gesamt-RC geschätzt werden, dies führt jedoch zu zu pessimistischen Ergebnissen. Eine andere Möglichkeit, tS zu erhalten, besteht darin, einfach eine Schaltung zu simulieren, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Bild 3 Simulations-Einschwingzeit des RTD-Stacks
Standardmäßig fügt der LTC2983 zwischen der Freigabe der Erregerstromquelle und dem Start der ADC-Wandlung eine Verzögerungszeit tDELAY = 1 ms ein. Wenn sich jedoch mehr als 2 PT-100-Sonden im RTD-Stapel befinden, reicht diese Verzögerungszeit nicht aus (siehe Abbildung 3).
tDELAY kann erhöht werden, indem der Wert im MUX-Konfigurationsregister 0x0FF eingestellt wird. Dieses Register ist standardmäßig gelöscht. Jedes zusätzliche LSB des Registerwerts entspricht einem Standard-tDELAY von 100 μs. Wenn Sie beispielsweise 0x10 in das 0x0FF-Register schreiben, erhalten Sie das folgende Ergebnis:
Es ist zu beachten, dass die maximale programmierbare Verzögerung 26,5 ms beträgt, was für die Stabilität von bis zu 6 PT-1000-Geräten ausreicht (unter der Annahme von C = 100 nF). Wie in Abbildung 3 und Abbildung 4 gezeigt.
Abbildung 4 Gesamtumwandlungszeit des RTD-Stacks
tDELAY wird vor jedem einzelnen ADC-Zyklus eingefügt. Jede RTD-Messung umfasst zwei ADC-Zyklen. Somit beträgt die Gesamtumwandlungszeit des RTD-Stapels ungefähr:
Die t VERZÖGERUNG in der Formel kann vom Benutzer eingestellt werden.
tCONV ist in der „Complete System Electrical Characteristics“ Tabelle in dem Produkthandbuch gegeben, welches typischerweise 164 ms ist (einschließlich der Standard-MUX-Verzögerung), und N ist die Anzahl von Widerstandsthermometern gemessen werden. tTOTAL ist in Abbildung 4 dargestellt.
abschließend
Der LTC2983 kann an bis zu 18 Zweidraht-Widerstandsthermometer angeschlossen werden, wobei die durch das RC-System verursachte Stabilitätsverzögerung zu berücksichtigen ist. Dieses Problem kann durch die Anzahl und den Typ der verwendeten RTD-Sonden verschärft werden. Das Verzögerungsproblem kann anhand des in diesem Artikel vorgestellten Modells und der Simulation untersucht werden.
Abbildung 1 Der LTC2983 unterstützt 18 RTD-Sensoren
Die Wahl der RTD-Sonde hängt von den Anforderungen an die Systemgenauigkeit und Empfindlichkeit ab. Beispielsweise kann unter der Annahme, dass eine Zweidraht-Sonde verwendet wird, gezeigt werden, dass der PT-1000 bei Vorhandensein eines parasitären Verdrahtungswiderstands robuster ist. Sobald der Widerstandsthermometer ausgewählt ist, sollten IS und RSENSE so ausgewählt werden, dass die Spannung am oberen Ende des Widerstandsstapels (V am Eingang CH1) die Gleichtaktgrenze des LTC2983 über den gesamten Betriebstemperaturbereich nicht überschreitet vom System. Die Anforderung wird wie folgt ausgedrückt:
Betrachten Sie das in Abbildung 1 gezeigte System und nehmen Sie die folgenden Einschränkungen an: Bei der 5-V-Stromschiene sind alle RTD-Sonden PT-100 und die maximal zu erwartende Temperatur wird bei 150 ° C gemessen. In Tabelle 1 sind die Kanalzuweisungswörter für jede PT-100-Sonde aufgeführt. In diesem Beispiel erkennt CH3 die RTD1-Sonde und CH4 die RTD2-Sonde. Die an CH2 angeschlossenen Widerstände sind wie in Tabelle 2 gezeigt konfiguriert.
Tabelle 1. Kanalzuweisungswörter für CH2 bis CH20RTD
Tabelle 2. Konfigurationswort für den Widerstandskanal ermitteln
Einschwingzeit des RTD-Stapels
Sobald die Erregerstromquelle aktiviert ist, brauchen die R- und C-Verbindungen eine begrenzte Zeit, um sich zu stabilisieren. Dies ist die Einschwingzeit tS. tS hängt von der Anzahl und dem Wert der einzelnen Widerstände (RSENSE und RTD) und Kondensatoren an jedem Eingangsknoten ab. Die obere Grenze von tS kann durch die Summe der Gesamt-RC geschätzt werden, dies führt jedoch zu zu pessimistischen Ergebnissen. Eine andere Möglichkeit, tS zu erhalten, besteht darin, einfach eine Schaltung zu simulieren, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2 Die Verzögerungsleitung Modell des Stapels RTD
Die Ergebnisse der Simulation sind in Abbildung 3 dargestellt. Hier werden alle Kondensatoren mit 100 nF und RSENSE mit 1 kΩ gewählt. Jede Linie stellt die Einschwingzeit tS dar, die erforderlich ist, um sich innerhalb von 0,1% des Endwerts der Spannung über dem letzten Widerstandsthermometer im Stapel einzustellen. Für jedes Diagramm sind alle RTDs vom gleichen Typ.
Die Ergebnisse der Simulation sind in Abbildung 3 dargestellt. Hier werden alle Kondensatoren mit 100 nF und RSENSE mit 1 kΩ gewählt. Jede Linie stellt die Einschwingzeit tS dar, die erforderlich ist, um sich innerhalb von 0,1% des Endwerts der Spannung über dem letzten Widerstandsthermometer im Stapel einzustellen. Für jedes Diagramm sind alle RTDs vom gleichen Typ.
Bild 3 Simulations-Einschwingzeit des RTD-Stacks
Standardmäßig fügt der LTC2983 zwischen der Freigabe der Erregerstromquelle und dem Start der ADC-Wandlung eine Verzögerungszeit tDELAY = 1 ms ein. Wenn sich jedoch mehr als 2 PT-100-Sonden im RTD-Stapel befinden, reicht diese Verzögerungszeit nicht aus (siehe Abbildung 3).
tDELAY kann erhöht werden, indem der Wert im MUX-Konfigurationsregister 0x0FF eingestellt wird. Dieses Register ist standardmäßig gelöscht. Jedes zusätzliche LSB des Registerwerts entspricht einem Standard-tDELAY von 100 μs. Wenn Sie beispielsweise 0x10 in das 0x0FF-Register schreiben, erhalten Sie das folgende Ergebnis:
Es ist zu beachten, dass die maximale programmierbare Verzögerung 26,5 ms beträgt, was für die Stabilität von bis zu 6 PT-1000-Geräten ausreicht (unter der Annahme von C = 100 nF). Wie in Abbildung 3 und Abbildung 4 gezeigt.
Abbildung 4 Gesamtumwandlungszeit des RTD-Stacks
tDELAY wird vor jedem einzelnen ADC-Zyklus eingefügt. Jede RTD-Messung umfasst zwei ADC-Zyklen. Somit beträgt die Gesamtumwandlungszeit des RTD-Stapels ungefähr:
Die t VERZÖGERUNG in der Formel kann vom Benutzer eingestellt werden.
tCONV ist in der „Complete System Electrical Characteristics“ Tabelle in dem Produkthandbuch gegeben, welches typischerweise 164 ms ist (einschließlich der Standard-MUX-Verzögerung), und N ist die Anzahl von Widerstandsthermometern gemessen werden. tTOTAL ist in Abbildung 4 dargestellt.
abschließend
Der LTC2983 kann an bis zu 18 Zweidraht-Widerstandsthermometer angeschlossen werden, wobei die durch das RC-System verursachte Stabilitätsverzögerung zu berücksichtigen ist. Dieses Problem kann durch die Anzahl und den Typ der verwendeten RTD-Sonden verschärft werden. Das Verzögerungsproblem kann anhand des in diesem Artikel vorgestellten Modells und der Simulation untersucht werden.
