Medición de una variedad de sensores de temperatura y aplicaciones de salida digital
Sistema de medición de temperatura digital de alta precisión multisensor LTC2983, que puede medir una variedad de sensores de temperatura y emitir digitalmente los resultados (en oC o oF) con una precisión de 0.1oC y una resolución de 0.001oC. Hoy estamos hablando de por qué el LTC2983 puede medir 18 RTD de dos hilos? Un solo dispositivo de medición de temperatura LTC2983 puede admitir hasta 18 sondas RTD de dos hilos (como se muestra en la Figura 1). Cada medición RTD implica detectar simultáneamente dos voltajes generados a través de RSENSE y la sonda RTD RTDx debido a la corriente IS. La detección diferencial se realiza para cada voltaje, y dada la alta relación de rechazo en modo común del LTC2983, el número de RTD en la pila no afecta negativamente a las mediciones individuales.
La elección de la sonda RTD depende de la precisión del sistema y los requisitos de sensibilidad. Por ejemplo, suponiendo que se use una sonda de dos cables, se puede demostrar que el PT-1000 es más robusto en presencia de resistencia parasitaria del cableado. Una vez que se selecciona el RTD, se debe seleccionar el IS y RSENSE apropiados para que el voltaje en la parte superior de la pila de resistencias (V en la entrada CH1) no exceda el límite de modo común de entrada del LTC2983 en el rango de temperatura de funcionamiento completo del sistema. El requisito se expresa como:
Considere el sistema que se muestra en la Figura 1 y asuma las siguientes restricciones:
El riel de alimentación de 5V, todas las sondas RTD son PT-100 y la temperatura máxima esperada se mide a 150 ° C. La Tabla 1 enumera las palabras de asignación de canales para cada sonda PT-100. Entre ellos, en este ejemplo, CH3 detecta la sonda RTD1 y CH4 detecta la sonda RTD2. Las resistencias conectadas a CH2 se configuran como se muestra en la Tabla 2.
Tiempo de asentamiento de la pila RTD
Una vez que se activa la fuente de corriente de excitación, los enlaces R y C tardan una cantidad limitada de tiempo en estabilizarse. Este es el tiempo de estabilización tS. tS depende del número y valor de resistencias individuales (RSENSE y RTD) y condensadores en cada nodo de entrada. El límite superior de tS se puede estimar por el agregado de la RC total, pero hacerlo resultará en resultados demasiado pesimistas. Otra forma de obtener tS es simplemente simular un circuito, como se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Modelo de línea de retardo de la pila RTD
Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 3.
Aquí, todos los condensadores se eligen para ser 100 nF y RSENSE es 1 kΩ. Cada línea representa el tiempo de establecimiento tS requerido para establecerse dentro del 0.1% del valor final del voltaje a través del último RTD en la pila. Para cada gráfico, todos los RTD son del mismo tipo.
imagen 3 Tiempo de establecimiento de simulación de la pila RTD
Por defecto, el LTC2983 inserta un tiempo de retardo tDELAY = 1 ms entre la activación de la fuente de corriente de excitación y el inicio de la conversión ADC. Sin embargo, cuando hay más de 2 sondas PT-100 en la pila RTD, este tiempo de retraso no es suficiente (ver Figura 3).
tDELAY puede incrementarse configurando el valor en el registro de configuración MUX 0x0FF. Este registro se borra por defecto. Cada LSB adicional de valor de registro representa un tDELAY predeterminado de 100 μs. Por ejemplo, escribir 0x10 en el registro 0x0FF produce el resultado:
Cabe señalar que el retraso máximo programable es de 26,5 ms, que es suficiente para la estabilidad de hasta 6 dispositivos PT-1000 (suponiendo que C = 100 nF). Como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4.
Figura 4 Tiempo total de conversión de la pila RTD
tDELAY se inserta antes de cada ciclo de ADC individual. Cada medición RTD incluye dos ciclos de ADC. Por lo tanto, el tiempo de conversión total de la pila RTD es aproximadamente:
El usuario puede establecer el t DELAY en la fórmula.
tCONV se proporciona en la tabla "Características eléctricas del sistema completo" en el manual del producto, que suele ser de 164 ms (incluido el retraso MUX predeterminado) y N es el número de RTD a medir. tTOTAL se muestra en la Figura 4.
En conclusión
El LTC2983 se puede conectar a hasta 18 sondas RTD de dos hilos, pero se debe tener en cuenta el retraso de estabilidad causado por el sistema RC. Este problema puede verse exacerbado por la cantidad y el tipo de sondas RTD utilizadas. El problema del retraso puede investigarse utilizando el modelo y la simulación presentados en este documento.
Figura 1 LTC2983 puede admitir 18 sensores RTD
La elección de la sonda RTD depende de la precisión del sistema y los requisitos de sensibilidad. Por ejemplo, suponiendo que se use una sonda de dos cables, se puede demostrar que el PT-1000 es más robusto en presencia de resistencia parasitaria del cableado. Una vez que se selecciona el RTD, se debe seleccionar el IS y RSENSE apropiados para que el voltaje en la parte superior de la pila de resistencias (V en la entrada CH1) no exceda el límite de modo común de entrada del LTC2983 en el rango de temperatura de funcionamiento completo del sistema. El requisito se expresa como:
Considere el sistema que se muestra en la Figura 1 y asuma las siguientes restricciones:
El riel de alimentación de 5V, todas las sondas RTD son PT-100 y la temperatura máxima esperada se mide a 150 ° C. La Tabla 1 enumera las palabras de asignación de canales para cada sonda PT-100. Entre ellos, en este ejemplo, CH3 detecta la sonda RTD1 y CH4 detecta la sonda RTD2. Las resistencias conectadas a CH2 se configuran como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 1. Palabras de asignación de canales CH2 a CH20RTD
Tabla 2. Palabra de configuración de detección de canal de resistencia
Tiempo de asentamiento de la pila RTD
Una vez que se activa la fuente de corriente de excitación, los enlaces R y C tardan una cantidad limitada de tiempo en estabilizarse. Este es el tiempo de estabilización tS. tS depende del número y valor de resistencias individuales (RSENSE y RTD) y condensadores en cada nodo de entrada. El límite superior de tS se puede estimar por el agregado de la RC total, pero hacerlo resultará en resultados demasiado pesimistas. Otra forma de obtener tS es simplemente simular un circuito, como se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Modelo de línea de retardo de la pila RTD
Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 3.
Aquí, todos los condensadores se eligen para ser 100 nF y RSENSE es 1 kΩ. Cada línea representa el tiempo de establecimiento tS requerido para establecerse dentro del 0.1% del valor final del voltaje a través del último RTD en la pila. Para cada gráfico, todos los RTD son del mismo tipo.
imagen 3 Tiempo de establecimiento de simulación de la pila RTD
Por defecto, el LTC2983 inserta un tiempo de retardo tDELAY = 1 ms entre la activación de la fuente de corriente de excitación y el inicio de la conversión ADC. Sin embargo, cuando hay más de 2 sondas PT-100 en la pila RTD, este tiempo de retraso no es suficiente (ver Figura 3).
tDELAY puede incrementarse configurando el valor en el registro de configuración MUX 0x0FF. Este registro se borra por defecto. Cada LSB adicional de valor de registro representa un tDELAY predeterminado de 100 μs. Por ejemplo, escribir 0x10 en el registro 0x0FF produce el resultado:
Cabe señalar que el retraso máximo programable es de 26,5 ms, que es suficiente para la estabilidad de hasta 6 dispositivos PT-1000 (suponiendo que C = 100 nF). Como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4.
Figura 4 Tiempo total de conversión de la pila RTD
tDELAY se inserta antes de cada ciclo de ADC individual. Cada medición RTD incluye dos ciclos de ADC. Por lo tanto, el tiempo de conversión total de la pila RTD es aproximadamente:
El usuario puede establecer el t DELAY en la fórmula.
tCONV se proporciona en la tabla "Características eléctricas del sistema completo" en el manual del producto, que suele ser de 164 ms (incluido el retraso MUX predeterminado) y N es el número de RTD a medir. tTOTAL se muestra en la Figura 4.
En conclusión
El LTC2983 se puede conectar a hasta 18 sondas RTD de dos hilos, pero se debe tener en cuenta el retraso de estabilidad causado por el sistema RC. Este problema puede verse exacerbado por la cantidad y el tipo de sondas RTD utilizadas. El problema del retraso puede investigarse utilizando el modelo y la simulación presentados en este documento.
