不懂模拟电路设计?如何完成温度信号采集?

发布时间:2022-12-28  

温度传感电路是许多工业系统的重要组成部分,在温度传感元件之中,金属铂制成的热电阻PT100可保证长期稳定性,宽温度范围内最精确。本文介绍几种PT100采集电路方案,分析精密温度采集电路的设计要点。

本文引用地址:


常规的电路方案


1. 使用ADI和TI公司的高集成ADC芯片完成采集。电路需要少量的外围无源元件,先从ADC读取采样值,再在MCU中进行查表换算,将采样值换算成温度值。


2. 使用国产的信号链芯片自行搭建。随着国内基础模拟信号链芯片的日益完善,考虑使用国产器件完成同等性能的电路,如图1。这样能降低物料供应链的风险、进一步优化成本,实现温度采集,这类基础物理量采集电路的自主可控。图1电路主要由24位SD型ADC、运放、模拟开关、LDO、MCU等组成,这些基础元件的国产芯片已经成熟可用,并且有可替换的国产型号。


1672141256130320.png

图1 国产信号链搭建的电路方案


搭建精密温度采集电路的要点


1. 使用比率法测量。电路实现如图2,测量精度和稳定性在理论上只与精密参考电阻相关,能够避开国产24位ADC器件自身增益误差、增益漂移等的不完美。


1672141242319200.png

图2 比率法测量电路


上述电路 IEXC 为激励电流源,VRTD 是PT100两端的电压值,VREF 是ADC基准输入端的电压值,有如下两个表达式。


13.png


合并之后,得到 RRTD 的表达式。


14.png


CodeRTD 是ADC采集RTD两端电压得到的二进制代码,Codefull_scales 是ADC满量程时的二进制代码,从 RRTD 表达式可以看到, RRTD 测量值仅与Code的比率值和精密参考电阻相关。当使用10ppm电阻做为参考电阻时,该比率测量电路可以获得10ppm左右的测量电路温漂性能,却不需要精密电压基准。


2. 考虑出厂校准。在比率法中,精密参考电阻决定了整体电路的增益误差,精密电阻自身精确度一般为0.1%,并且比率法不能修正ADC的失调电压误差。当需要获得0.1%及更高的电路精确度时,需要对电路进行出厂校准。


3. 抗工频干扰。PT100测量电路是典型的低速精密,1mA激励时,传感元件两端的电压值约在300mV以下,容易受到50Hz工频干扰信号影响,需要对采集数据做陷波或滤波处理。


4. 验证工作环境温度和EMC性能。搭建好的整体测量电路,需要在-40~+85℃环境温度下,验证实际测量精度和漂移;验证ESD静电放电和EFT群脉冲干扰环境下的工作稳定性,以满足工业环境应用的可靠性要求。


ZAM6222两路热电阻采集模块


ZAM6222是一款针对PT100的工业双通道热电阻测温模块,基于国产基础信号链元件和比率法进行设计,已集成完整的精密温度测量信号链路,图3为其内部框图。ZAM6222出厂基于Fluke5522A校准器的校准体系进行校准,温度检测精度可达0.02%±0.1℃,温度测量范围-200~800℃,电路温漂最大15ppm。模块支持50Hz工频干扰抑制功能,整体电路经过-40~+85℃环境温度下的测量精度和温漂验证,支持4000V的ESD和1000V的EFT性能。


1672141218731864.png

图3 ZAM6222内部框图


ZAM6222内部完成温度查表转换,可以通过 I2C 接口直接读取以“℃”为单位的测温数据。用该模块实现两路PT100热电阻温度采集的典型电路如图4,可见外围电路简洁。相对于电路设计、调试、校准和验证的时间和设备投入,ZAM6222提供了免复杂设计、免复杂调试、直接读取温度值的简洁方案。


1672141203527244.png

图4 ZAM6222典型应用电路

文章来源于:电子产品世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    的输入端口,示波器的B相输入连接到U3的输出端口,示波器的两个负输入连接GND。 设计并制作了±12V电源的方波—三角波—正弦波信号发生器。 (1) 输出频率可在1—10 KHZ范围内连续调节。 (2......
    信号发生器的四种类型;信号发生器是一种常见的信号源,广泛应用于电子电路、自动控制系统和数字实验中。能产生各种波形的电路,如三角波、锯齿波、矩形波(包括方波)、正弦波等 一、信号发生器的种类: 信号发生器......
    是一款按照《JJG 173-2003信号发生器检定规程》和《JJG 840-2015函数发生器检定规程》研发生产的高性价比可编程函数/任意波信号发生器,能产生正弦波、方波、三角波、脉冲波、以及......
    频率能在较宽的范围内连续可调,输出方波、三角波、正弦波、锯齿波、双脉冲波及梯形波等多种波形的信号发生器。它的频段很宽,与超低频正弦波信号发生器一样适用于自动控制和电子设备的调试和检修工作。 ③脉冲信号发生器。指的是矩形脉冲发生器......
    或60dB,输出各种幅度的函数信号。 二、信号发生器工作原理 目前最常用的函数信号发生器是由集成电路和晶体管组成的。一般采用恒流充放电原理产生三角波,同时产生方波。通过改变充放电电流值,可以获得不同频率的信号......
    Multisim中虚拟函数信号发生器的使用;做实验时,函数信号发生器作为信号源使用。本节介绍虚拟函数信号发生器的使用。 1)将虚拟函数信号发生器放置在工作平 打开文档“串联电路1”,在工......
    源或激励源。 信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器......
    及其特征对铁磁性构件厚度减薄的响应灵敏度。 实验过程: 检测探头由激励线圈、盘式检出线圈和TMR传感器构成,其相关参数与仿真输入参数一致。任意波形/函数信号发生器产生脉冲方波信号,经功率放大器(ATA-4014)放大......
    。 图1虚拟频谱分析仪 设置函数信号发生器输出信号频率为10KHz,幅值为10V,选择方波信号。点击面板右方“set span” 按钮,选择扫频范围“star”为100Hz,“End”为100KHz。点......
    的频率范围以及正弦波、方波、三角波和TTL输出的特性为测试提供高品质保证。DDS技术为需要精确的信号源测量的使用者提供了合理的价格。 DDS信号发生器逐渐成为主流信号发生器,该技术简明易懂,同时......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>