最大限度减少多路复用3线RTD数据采集系统中的误差

电阻温度检测器（RTD）在许多工业应用中监测温度。在分布式控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC）中，一个数据采集模块可以监控许多远程RTD的温度。在高性能应用中，当每个RTD都有自己的激励电路和ADC时，将获得最佳精度，但数据采集模块将很大、价格昂贵且耗电。多路复用可实现更小、成本更低、功耗更低的模块，但可能会损失一些精度。本文讨论如何最大限度地减少多路复用系统中的错误。

电路结构

RTD 提供 2 线、3 线和 4 线配置，其中 2 线器件成本最低，4 线器件精度最高。3线RTD通常用于工业应用，可由两个相同的电流源激励，以抵消引线电阻。当与精密基准电阻一起使用时，电流源误差不会影响测量精度。AD7792和AD7793等高性能ADC集成了激励电流源，非常适合高精度RTD测量。

图1显示了两个由片内电流源激励的3线RTD。RTD通道由多路复用器选择，例如ADG5433高压、防闩锁、三通道SPDT开关。

图1.两个3线RTD多路复用到一个AD7792/AD7793 ADC。

一次只能测量一个RTD。S1A、S1B 和 S1C 关闭以测量 RTD #1;S2A、S2B 和 S2C 关闭以测量 RTD #2。单个ADG5433可以切换两个3线RTD;可以添加额外的多路复用器来处理两个以上的传感器。RL二十 表示RTD和测量系统之间的长导线引入的电阻，加上开关的导通电阻。

计算RTD电阻

在 S1A、S1B 和 S1C 闭合以测量 RTD #1 的情况下，RTD 的电阻可以计算如下：

因此，测量仅取决于R的值（和精度）裁判.但是，请记住，我们假设我输出1 = 我输出2和 RL1一 = RL1乙 = RL1C.事实上，这些电流和电阻的不匹配是测量误差的主要来源。

不匹配电流源和导线电阻的影响

接下来，假设两个电流源不匹配，使得输出2= （1 + x） I输出1.现在，请考虑以下事项：

请注意，失配会产生失调误差和增益误差。失调误差与两个引线电阻之间的失配有关，而增益误差与两个电流源之间的失配有关。如果不考虑这些失配，则基于从ADC读取的数据计算的RTD电阻值将不正确。

以200 Ω RTD为例，表1显示了不考虑失配时的采集值，给定R裁判= 1000 Ω，I输出1= 1 mA，I输出2 > 我输出1按显示的百分比，RL1一= 10 Ω，RL1C > RL1一通过显示的阻力。

表 1.不考虑失配时的测量RTD值

 

RL1C – RL1一   （一输出2–我输出1）/I输出1	0.01 Ω	0.1 Ω	1 Ω
0.1%	199.88	199.79	198.89
0.5%	199.44	199.35	198.45
1.0%	198.90	198.81	197.90

 

最小化错误

数据显示，小的失配会严重降低精度，应使用匹配良好的电流源和开关来提高性能。

传递函数是线性的，因此可以轻松校准电流源和电阻不匹配引起的初始误差。不幸的是，不匹配随温度变化，因此难以补偿。因此，使用温度漂移低的器件非常重要。

与我输出1≠ I输出2，以及连接的电流源，如下所示：

假设我们交换 I输出1和我输出2，这样我输出1现在连接到V在–和我输出2现在连接到 VIN+:

现在，如果我们将以原始方向连接的电流源进行转换的结果与交换的电流源的第二次转换的结果相加，则结果为

请注意，测量现在与电流源不匹配无关。唯一的缺点是速度损失，因为每个RTD计算需要两次转换。

AD7792和AD7793专为此应用而设计。如图2所示，集成开关可通过写入I/O寄存器，轻松地将电流源交换到输出引脚。

图2.AD7792/AD7793的功能模块

结论

交换AD7792/AD7793内的激励电流源可以提高多路复用RTD测量电路的精度。计算表明电流源和导线电阻之间不匹配的重要性。