Терморезистор PT-1000 и АЦП

На работе разрабатываем один девайс. Одной из его функций является измерение температуры в диапазоне -273..+30. Электрическая схема и печатная плата разрабатывались на стороне с учетом наших требований, нам же надо только написать софт. И вот решили мы немного повтыкать в схему и разобраться в том, что за железо нам напроектировали. Все стандартно в принципе, заинтересовал только блок оцифровки значений с терморезистора pt-1000, который используется как «главный» термометр всей конструкции.

Для начала нарисую схему интересующего нас блока (картинка кликабельна):

Рис. 1. Упрощенная схема блока

RT1 — сам терморезистор pt-1000. Его особенностью является то, что при нуле градусов Цельсия его сопротивления составляет 1000 Ом. При увеличении температуры его сопротивление увеличивается, при уменьшении — уменьшается, причем по заранее известному полиному с довольно высокой точностью. Этим термометром можно получить точность измерения температуры на уровне 0,1 °С во всем рабочем диапазоне температур.

Ref=2.5V — значение опорного напряжения, в данном случае равно 2,5 вольтам. По сути сюда подключается выход микросхемы ИОН-а.

Черным квадратом обведена область, где упрощенно изображен АЦП, применяющийся в конструкции. Он имеет дифференциальный вход как для аналогового сигнала, так и для опорного.

Давайте разберемся, как работает любой АЦП. Цифровой код на его выходе, который соответствует определенному аналоговому сигналу на его входе определяется как

где Z — разрешение АЦП. То есть, если на вход подать ноль вольт, код на выходе так же будет равен нулю, если подать напряжение, равное напряжению опоры, то на выходе получим максимальное значение кода для данного АЦП.

А если у нас входы дифференциальные? Все просто:

То есть, внутри АЦП находится вычитатель, который из напряжения на положительном входе вычитает напряжение на отрицательном. На схеме этим занимаются операционные усилители U1 и U2 с коэффициентом усиления, равным 1. Элемент AVS1 выполняет математическую операцию деления над входным напряжением и напряжением опоры. Вольтметр на выходе показывает долю от максимального значения кода АЦП.

А теперь главный вопрос: как в такой схеме включения АЦП и терморезистора будет зависеть код на выходе АЦП от сопротивления RT1? Весь расчет приводить не буду, напишу сразу ответ:

Делаем важный вывод: значение кода на выходе АЦП зависит только от отношения между резисторами RT1 и R2, причем он будет изменяться линейно относительно RT1. Это означает, что как бы не плавало опорное напряжение, оцифрованный код будет всегда стабилен.

В данном исполнении терморезистор подключен по 2-х проводной схеме, но ни что не мешает реализовать и 4-х проводное:

Рис. 2. 4-х проводная схема включения датчика

Схема в Proteus 8: https://yadi.sk/d/igGDbYfk3Ny7TM

Метки: , , . Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *