溫度傳感電路是許多工業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，在溫度傳感元件之中,，金屬鉑制成的熱電阻PT100可保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性,，寬溫度范圍內(nèi)精確。本文介紹幾種PT100采集電路方案,，分析精密溫度采集電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn),。常規(guī)的電路方案
1. 使用ADI和TI公司的高集成ADC芯片完成采集。電路需要少量的外圍無源元件,，先從ADC讀取采樣值,，再在MCU中進(jìn)行查表?yè)Q算，將采樣值換算成溫度值,。
2. 使用國(guó)產(chǎn)的信號(hào)鏈芯片自行搭建,。隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)模擬信號(hào)鏈芯片的日益完善，考慮使用國(guó)產(chǎn)器件完成同等性能的電路,，如圖1,。這樣能降低物料供應(yīng)鏈的風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)一步優(yōu)化成本,，實(shí)現(xiàn)溫度采集,，這類基礎(chǔ)物理量采集電路的自主可控。圖1電路主要由24位SD型ADC,、運(yùn)放,、模擬開關(guān)、LDO,、MCU等組成,，這些基礎(chǔ)元件的國(guó)產(chǎn)芯片已經(jīng)成熟可用，并且有可替換的國(guó)產(chǎn)型號(hào),。上述電路 IEXC 為激勵(lì)電流源,，VRTD 是PT100兩端的電壓值，VREF 是ADC基準(zhǔn)輸入端的電壓值,，有如下兩個(gè)表達(dá)式,。
CodeRTD 是ADC采集RTD兩端電壓得到的二進(jìn)制代碼，Codefull_scales 是ADC滿量程時(shí)的二進(jìn)制代碼,，從 RRTD 表達(dá)式可以看到,， RRTD 測(cè)量值僅與Code的比率值和精密參考電阻相關(guān)。當(dāng)使用10ppm電阻做為參考電阻時(shí)，該比率測(cè)量電路可以獲得10ppm左右的測(cè)量電路溫漂性能,，卻不需要精密電壓基準(zhǔn),。
2. 考慮出廠校準(zhǔn)。在比率法中,，精密參考電阻決定了整體電路的增益誤差,，精密電阻自身精確度一般為0.1%，并且比率法不能修正ADC的失調(diào)電壓誤差,。當(dāng)需要獲得0.1%及更高的電路精確度時(shí),，需要對(duì)電路進(jìn)行出廠校準(zhǔn)。
3. 抗工頻干擾,。PT100測(cè)量電路是典型的低速精密模擬電路,，1mA激勵(lì)時(shí)，傳感元件兩端的電壓值約在300mV以下,，容易受到50Hz工頻干擾信號(hào)影響,，需要對(duì)采集數(shù)據(jù)做陷波或?yàn)V波處理。4. 驗(yàn)證工作環(huán)境溫度和EMC性能,。搭建好的整體測(cè)量電路,，需要在-40~+85℃環(huán)境溫度下，驗(yàn)證實(shí)際測(cè)量精度和漂移,；驗(yàn)證ESD靜電放電和EFT群脈沖干擾環(huán)境下的工作穩(wěn)定性,，以滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的可靠性要求。
ZAM6222是一款針對(duì)PT100的工業(yè)雙通道熱電阻測(cè)溫模塊,，基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)信號(hào)鏈元件和比率法進(jìn)行設(shè)計(jì),，已集成完整的精密溫度測(cè)量信號(hào)鏈路，圖3為其內(nèi)部框圖,。ZAM6222出廠基于Fluke5522A校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)體系進(jìn)行校準(zhǔn),，溫度檢測(cè)精度可達(dá)0.02%±0.1℃，溫度測(cè)量范圍-200~800℃,，電路溫漂最大15ppm,。模塊支持50Hz工頻干擾抑制功能，整體電路經(jīng)過-40~+85℃環(huán)境溫度下的測(cè)量精度和溫漂驗(yàn)證,，支持4000V的ESD和1000V的EFT性能,。
圖3 ZAM6222內(nèi)部框圖
ZAM6222內(nèi)部完成溫度查表轉(zhuǎn)換，可以通過 I2C 接口直接讀取以“℃"為單位的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),。用該模塊實(shí)現(xiàn)兩路PT100熱電阻溫度采集的典型電路如圖4,，可見外圍電路簡(jiǎn)潔。相對(duì)于電路設(shè)計(jì),、調(diào)試,、校準(zhǔn)和驗(yàn)證的時(shí)間和設(shè)備投入,，ZAM6222提供了免復(fù)雜設(shè)計(jì)、免復(fù)雜調(diào)試,、直接讀取溫度值的簡(jiǎn)潔方案,。
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