【導讀】每個(gè)電子設備都必須經(jīng)過(guò)不同的測試才能確定其預期性能。這是該設備獲準投放市場(chǎng)之前的必要步驟。需要進(jìn)行的一項重要測試是溫度測量，以確定產(chǎn)品有效工作的溫度范圍。更重要的是，和工作溫度是已知的。
每個(gè)電子設備都必須經(jīng)過(guò)不同的測試才能確定其預期性能。這是該設備獲準投放市場(chǎng)之前的必要步驟。需要進(jìn)行的一項重要測試是溫度測量，以確定產(chǎn)品有效工作的溫度范圍。更重要的是，和工作溫度是已知的。
本文介紹了如何使用由 delta-sigma 模數轉換器 (ADC) 和現代處理器。該 DAS 提供高性能且經(jīng)濟高效。
這里介紹的開(kāi)發(fā) DAS 可以快速解決設計和數學(xué)挑戰，并在 PRTD 的范圍（-200°C 至 +850°C）內實(shí)現的溫度測量。
鉑電阻溫度探測器 (PRTD) 是溫度傳感設備，可確保在 -200°C 至 +850°C 的溫度范圍內進(jìn)行可重復測量。此外，鉑非常穩定，不會(huì )受到腐蝕或氧化的影響。因此，PRTD 為需要溫度測量的精密工業(yè)和醫療應用提供了性能。
PRTD 幾乎是線(xiàn)性設備。根據溫度范圍和其他標準，您可以通過(guò)計算 -20°C 至 +100°C 溫度范圍內的 PRTD 電阻變化來(lái)進(jìn)行線(xiàn)性近似。1 對于更寬的溫度范圍（-200°C 至 +850 °C），但為了獲得更高的精度，溫度測量 PRTD 標準 (EN 60751:2008) 通過(guò)稱(chēng)為 Callendar-Van Dusen 方程的非線(xiàn)性數學(xué)模型定義了鉑電阻與溫度的關(guān)系。
多年前，此類(lèi)算法的實(shí)施可能會(huì )給 DAS 設計帶來(lái)技術(shù)和成本限制。當今的現代處理器（如MAXQ2000）和價(jià)格實(shí)惠的PC可以快速且經(jīng)濟高效地解決這些挑戰，同時(shí)為用戶(hù)提供友好的圖形顯示。
Callendar-Van Dusen 方程可用于此類(lèi)現代 DAS，以在 -200°C 至 +850°C 的寬動(dòng)態(tài)范圍內將誤差降低至可忽略的水平。精度將達到±0.3°C 或更高。
設計示例 DAS
本文討論的 DAS 在 -20°C 至 +100°C 的 PRTD 線(xiàn)性溫度范圍內提供高分辨率、低噪聲測量。在不使用 Callendar-Van Dusen 方程的情況下，其精度為 ±0.15%。通過(guò)使用 PRTD1000 (PTS1206-1000Ω)（一種非常常見(jiàn)的鉑 RTD），尺寸和成本效益兼備，在給定范圍內可以實(shí)現優(yōu)于 ±0.05°C 的溫度分辨率。
這個(gè)簡(jiǎn)單的DAS使用MAX11200 24位delta-sigma ADC進(jìn)行數據轉換，并使用低功耗、經(jīng)濟高效的MAXQ2000處理器2進(jìn)行數據采集。DAS 在 PC 中實(shí)現線(xiàn)性化算法。也可以使用任何其他有能力的處理器、控制器或DSP。
PTS1206-1000Ω 等 PRTD 器件對于 -55°C 至 +155°C 的溫度范圍來(lái)說(shuō)是一個(gè)有吸引力的選擇，因為它們采用標準表面貼裝器件 (SMD) 尺寸，與表面貼裝電阻器封裝非常相似，并且價(jià)格在低單美元范圍內。對于 -50°C 至 +500°C 的溫度范圍，薄膜 PRTD 是一種經(jīng)濟高效的實(shí)用選擇。3 薄膜 PRTD 由沉積在陶瓷基板上的薄膜鉑和玻璃涂層鉑元件組成。電阻和溫度偏差可控制在 ±0.06% 和 ±0.15°C 以?xún)?，該公差對應?EN 60751 的 A 級。對于液體或腐蝕性環(huán)境中的高溫測量，薄膜 PRTD 通常放置在保護罩內探測。
圖 1 是顯示為本文開(kāi)發(fā)的精密 DAS 的簡(jiǎn)化示意圖。
它使用 MAX11200 ADC 評估 (EV) 套件。MAX11200的GPIO1引腳設置為輸出來(lái)控制繼電器校準開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)選擇固定RCAL電阻或PRTD。這種多功能性提高了系統精度，將所需的計算減少到 RA 和 RT 初始值的計算量，同時(shí)提供出色的系統診斷。
處理數據
MAXQ2000-RAX微控制器上的固件管理以下主要功能，如圖2所示：
1. 初始化MAX11200 ADC
2. 收集并處理ADC的輸出數據
3. 維護與PC的USB接口
在初始化期間，MAX11200 ADC會(huì )執行自校準過(guò)程，設置采樣率(10sps或15sps)，并啟用輸入信號緩沖器。采樣率的選擇對于工業(yè)和醫療應用中的溫度測量非常重要。該 DAS 可實(shí)現相當快速的數據采集，并具有出色的（100dB 或更好）電源線(xiàn) 50Hz/60Hz 抑制能力。60Hz 線(xiàn)路頻率抑制的推薦外部時(shí)鐘為 2.4576MHz，這對于 1、2.5、5、10 和 15sps 的數據速率有效。對于 50Hz 線(xiàn)路頻率抑制，建議的外部時(shí)鐘為 2.048MHz，這對于 0.83、2.08、4.17、8.33 和 12.5sps 的數據速率有效。
使用輸入信號緩沖器將輸入阻抗增加至高兆歐范圍。這提高了測量精度，因為它實(shí)際上消除了輸入動(dòng)態(tài)電流的分流效應。
該固件還使用MAX3420E USB接口，因此不需要PC端的驅動(dòng)軟件。一旦 DAS 通過(guò) USB 連接到 PC，MAX3420E USB 模塊就會(huì )初始化，并且 ADC 溫度轉換數據就可以傳輸了。
結論
近年來(lái)，PRTD 成為各種精密溫度傳感應用的理想器件，這些應用在 -200°C 至 +850°C 的溫度范圍內精度和可重復性至關(guān)重要。如果 ADC 和 PRTD 直接連接，這些應用需要低噪聲 ADC。PRTD 和 ADC 共同提供了一個(gè)非常適合便攜式傳感應用的溫度測量系統。這種組合提供了高性能，而且具有成本效益。
為了準確測量 PRTD 范圍（-200°C 至 +850°C）內的溫度，必須實(shí)施稱(chēng)為 Callendar-Van Dusen 方程 (EN 60751:2008) 的非線(xiàn)性數學(xué)算法。但就在幾年前，實(shí)施這些算法對 DAS 系統設計提出了技術(shù)和成本限制。當今的現代處理器（例如 MAXQ2000）與價(jià)格實(shí)惠的 PC 相結合，可以快速且經(jīng)濟高效地解決這些挑戰。
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