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技術(shù)專題
RTD傳感器在沒有精密電流源的情況下測(cè)量
電阻溫度檢測(cè)器（RTD）傳感器的電阻是通過施加精密電流源并測(cè)量產(chǎn)生的電壓來測(cè)量的。這種方法通常需要一個(gè)精密的電壓基準(zhǔn)來創(chuàng)建電流源，然后是一個(gè)高質(zhì)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以測(cè)量電壓。
在室溫下達(dá)到這一目標(biāo)并不困難，但是當(dāng)您認(rèn)為測(cè)量系統(tǒng)的溫度可以在-40至+55 C°的范圍內(nèi)時(shí)，任務(wù)將變得更加艱巨。
解決此問題的蠻力方法是使用昂貴的溫度穩(wěn)定電壓基準(zhǔn)，ADC和其他組件，并結(jié)合軟件校準(zhǔn)來補(bǔ)償參數(shù)的溫度漂移。這種方法很復(fù)雜，將無法實(shí)現(xiàn)限制傳感器精度的高精度。
發(fā)現(xiàn)一種更好的方法是使用精度為0.1％的5 ppm /°C超穩(wěn)定電阻作為RTD測(cè)量的參考。這種方法需要兩個(gè)板載超穩(wěn)定電阻進(jìn)行校準(zhǔn)（1k和2k），以實(shí)現(xiàn)高RTD精度。這些電阻器用于校準(zhǔn)RTD讀數(shù)并補(bǔ)償溫度漂移誤差。
該設(shè)計(jì)將Q1-Q3晶體管與R1電阻結(jié)合使用，以形成一個(gè)恒流源，該源使用2.5V ADC基準(zhǔn)電壓源提供約1mA的電流（見圖）。當(dāng)相應(yīng)的GPIO引腳被驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，校準(zhǔn)電阻R4和R5以及RT1和RT2 RTD傳感器可以吸收該電流。不用時(shí)，GPIO引腳為三態(tài)。在ADC輸出端測(cè)量電壓。
Q1-Q3晶體管和R1電阻形成一個(gè)恒流源，使用2.5V ADC基準(zhǔn)電壓源可提供約1mA的電流
為了進(jìn)行校準(zhǔn)，我們將需要讀取兩個(gè)電阻并計(jì)算恒流源值和組合誤差，我們將其稱為V Offset。校準(zhǔn)后的I cc和V Offset值用于轉(zhuǎn)換RTD溫度讀數(shù)。
校準(zhǔn)結(jié)果（請(qǐng)參見上表）使用以下公式計(jì)算：
哪里：
R RTD是測(cè)得的RTD電阻。
V ADC是ADC電壓讀數(shù)。
I CC是某種恒定電流源。
V Offset是累積誤差的電壓偏移。請(qǐng)注意，此變量是多個(gè)誤差電壓源的組合。因此，將其拆分成多個(gè)組件以獲得更好的精度可能是有益的（盡管不是必需的）。
要計(jì)算V Offset和I CC， 我們需要做一些假設(shè)以得出以下公式：
第一個(gè)假設(shè)：校準(zhǔn)電阻是理想的，其阻值分別為1,000-和2,000-Ω。
第二個(gè)假設(shè)： I CC電流源在測(cè)量期間保持穩(wěn)定。
第三個(gè)假設(shè)： ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果完美。
根據(jù)這些假設(shè)，我們可以這樣寫：
在公式2中，VCAL 1K和VCAL 2K表示施加I CC電流時(shí)在校準(zhǔn)電阻上產(chǎn)生的電壓。
通過求解I CC和V Offset的 等式，我們得到以下等式：
實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量
實(shí)驗(yàn)設(shè)置有兩個(gè)校準(zhǔn)電阻和兩個(gè)RTD安裝在不同的位置。我們使用了具有10位分辨率的ADC和在室溫下額定1k的表面貼裝RTD。注意，上表中樣品2和3之間的板溫度變化時(shí)，校準(zhǔn)值如何變化。
為了收集數(shù)據(jù)，軟件遵循以下步驟：
1. 讀取校準(zhǔn)電阻和RTD上的ADC電壓電平。
2. 使用公式3 計(jì)算V 偏移。
3. 用公式4 計(jì)算ICC。
4. 利用公式1確定RTD電阻。
5. 通過查表和分段插值將RTD電阻值轉(zhuǎn)換為溫度。