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電阻型溫度傳感器,為什么測溫精度總不高?應該怎么辦?
電阻型溫度傳感器,為什么測溫精度總不高?應該怎么辦?
許多產(chǎn)品應用都需要高精度溫度測量。RTD(電阻溫度檢測器)、NTC 熱敏電阻器、PTC 熱敏電阻器、熱電偶等電阻類型的溫度傳感器,具有快速響應、高敏感度μV/°C、寬測試范圍(–200°C至+800°C)、溫度與電阻有很好的線性關系等特點,特別適合用來測試溫度。
測試電阻類型的溫度傳感器用什么方法? 二線法、三線法、四線法哪個比較好?本文將進行一個詳細的分析。
設計關鍵:避免導線電阻
一般來說,電阻類型的溫度傳感器需要一個激發(fā)電流,轉化成對應電壓以便檢測。由于溫度傳感器本身電阻比較低,對于高精度溫度測量,導線上的電阻可以忽略。如何避免導線電阻對于測試結果的影響,往往成為整個溫度測量設計的關鍵。
曾經(jīng)有客戶問,為什么使用萬用表測試低阻值電阻,數(shù)值總是偏大?因為萬用表導線電阻不能忽略。實際測試的結果 = 測試電阻的阻值 + 導線電阻。
下圖是四線法測試電路圖。使用四線法測試,把測試回路和電流回路分開。測試回路電流很小,所以測試導線上的壓降可以忽略不計。因此,四線法測試可以有效減少導線電阻對于測試結果的影響。
參考資料:阻值太低,無法測量?來試試開爾文測試吧
設計實例
通常實際的溫度測量電路,往往需要連接ADC(數(shù)模轉換器)完成數(shù)據(jù)采集。有些ADC專門為三線法或者四線法量身定制,比如ADI的AD7124-4 / AD7124-8 。
四線設計實例:
使用AD7124-4/AD7124-8作為數(shù)據(jù)采集器。 四線法設計需要兩個回路,如下圖,橙線為電流回路,藍線為測試回路。需要用到3路通道:AIN0、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3為差分輸入,用于檢測RTD兩端的電壓。AIN0連接到AVDD,用于提供激發(fā)電流。參考電阻(Reference Resistor)與RTD串聯(lián)。兩端電壓由REFIN(+)與REFIN(-)檢測。
參考資料:ADI電路筆記(英文版) - CN0381
三線設計實例:
三線法使用的前提是:假定適用于連接RTD兩根導線的導線電阻相等,通過額外增加一個鏡像電流,使得流經(jīng)RL1與RL2的電壓相互抵消。
三線法設計也需要兩個回路,如下圖,橙線為電流回路,藍線為測試回路。三線法需要用到4路通道AIN0、AIN1、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3為差分輸入,用于檢測RTD兩端的電壓。AIN0連接到AVDD,用于提供激發(fā)電流。AIN1提供一個鏡像電流,流經(jīng)RL2,用來抵消AIN0流經(jīng)RL1的電壓。
(參考資料:ADI 電路筆記(英文版) - CN0383)
二線法、 三線法、四線法比較
由于RTD上面壓降較低,容易產(chǎn)生信號噪聲。對于傳統(tǒng)的二線法,為了減少噪音,測試線應盡可能短,信號源應該盡可能靠近放大器。 如果沒法避免長導線,可以使用三線法或者四線法,減少導線電阻對于測試結果的影響。 二線法、三線法、四線法連接方式比較:
(圖片來源:ADI)
總結
二線法、三線法、四線法各有優(yōu)劣, 具體比較見下表,需要選擇哪種方法要看看我們測試性質及類型。
(點擊放大查看詳情)
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