Pārveidotāju/sensoru ierosmes un mērīšanas metodes

Ievads Ievades devēji vai sensori tiek klasificēti kā aktīvi vai pasīvi. Pasīvie sensori, piemēram, termopāri vai fotodiodes (sprieguma izvades režīmā) ir divu portu ierīces, kas pārveido fizisko enerģiju tieši elektroenerģijā, ģenerējot izejas signālus bez nepieciešamības pēc ierosmes avota. Aktīviem sensoriem (tāpat kā aktīvajām shēmām kopumā) ir nepieciešams ārējs ierosmes avots. Piemērus var atrast uz rezistoru balstītu sensoru klasē, piemēram, termistori, RTD (pretestības-temperatūras detektori) un deformācijas mērinstrumenti; tiem nepieciešama strāva vai spriegums ierosināšanai, lai radītu elektrisko jaudu. Šajā rakstā tiks aplūkotas dažādas ierosmes metodes, ko var izmantot aktīvajos sensoru/pārveidotāju lietojumos, un tiks parādītas dažas tipiskas shēmas. Diskusija ietver maiņstrāvas un līdzstrāvas ierosmes metožu priekšrocības un trūkumus, izmantojot strāvu un spriegumu. Precīzai zema līmeņa analogo signālu mērīšanai ar datu iegūšanas sistēmu parasti ir nepieciešams vairāk nekā tikai devēja izejas pieslēgšana signāla kondicionēšanas shēmai un pēc tam analogā-digitālā pārveidotājā. Lai mērīšanas sistēmā saglabātu augstu izšķirtspēju un precizitāti, projektētājam rūpīgi jāizvēlas devēja ierosmes avots un lauka vadu shēma, ko izmanto, lai pārraidītu zema līmeņa analogo signālu no devēja uz A/D. pārveidotājs. 1. attēlā parādīta uz devēju balstītas datu iegūšanas sistēmas vispārināta blokshēma. Šajās sistēmās iegūto datu integritāte ir atkarīga no visām šeit parādītā analogā signāla ceļa daļām. Skaitlis 1. Tipiska uz devēju balstīta datu iegūšanas sistēma. Attiecībā uz noteiktu ierosmes avotu sistēmas izstrādātājs saskaras ar izaicinājumu izmērīt izejas signālu un risināt problēmas, kas var rasties. Piemēram, vadu pretestība un trokšņu uztveršana ir vienas no lielākajām problēmām, kas saistītas ar lietojumprogrammām, kuru pamatā ir sensori. Ir pieejamas dažādas mērīšanas metodes, lai nodrošinātu optimālu mērīšanas sistēmas veiktspēju. Galvenās izvēles iespējas ietver ratiometrisko vs. neratiometriska darbība un 2 vadu vs. 3 un 4 vadu Kelvina spēka/sajūtas savienojumi. Ierosināšanas metodes Aktīvos devējus var ierosināt, izmantojot kontrolētu strāvu vai spriegumu. Izvēle starp spriegumu un strāvas ierosmi parasti ir dizainera ziņā. Datu iegūšanas sistēmās nereti tiek novērota pastāvīga sprieguma ierosme, ko izmanto deformācijas un spiediena sensoriem, savukārt pastāvīga strāvas ierosme tiek izmantota pretestības sensoru, piemēram, RTD vai termistoru, ierosināšanai. Trokšņainā rūpnieciskā vidē parasti ir vēlama strāvas ierosme, jo tā ir labāka prettrokšņu noturība. Maiņstrāvas vai līdzstrāvas ierosmes avotus var izmantot devēju lietojumos; katrs piedāvā priekšrocības un trūkumus. Priekšrocības, kas saistītas ar līdzstrāvas ierosmi, ietver ieviešanas vienkāršību un zemas izmaksas. Līdzstrāvas ierosmes negatīvie aspekti ietver grūtības atdalīt faktisko signālu no nevēlamām līdzstrāvas kļūdām nobīdes un parazītu izraisītu termopāra efektu dēļ. Līdzstrāvas nobīdes nav fiksētas; tie neparedzami mainās temperatūras novirzes un gan termiskā, gan 1/f trokšņa avotu dēļ. Lai gan maiņstrāvas ierosmes metodes ir dārgākas, tās piedāvā daudzas veiktspējas priekšrocības. Maiņstrāvas ierosme darbojas līdzīgi kā precizitātes pastiprinātājos izmantotā smalcināšanas shēma; to izdevīgi izmanto devēju signāla kondicionēšanas shēmās, lai novērstu nobīdes kļūdas, vidējo 1/f troksni un novērstu parazītu termopāru radītos efektus. Ar samazinātu jutību pret 1/f troksni var radīt pamanāmu izejas signālu ar daudz zemāku ierosmes strāvu vai spriegumu. Samazināta ierosme nozīmē, ka var ievērojami samazināt strāvas plūsmas pašsasilšanas efektu rezistīvajos sensoros. Tā kā ir iesaistīts salīdzinoši šaurs joslas platums, iespējams, ka arī maiņstrāvas ierosme nodrošina lielāku imunitāti pret RF traucējumiem nekā līdzstrāvas ierosme. Izvēloties ierosmes avotu, kas uzlabos kopējo sistēmas veiktspēju, ir divi galvenie faktori. Pirmkārt, izšķirtspēja: ierosmes lielumam jābūt pietiekamam, lai izmērītā mainīgā lieluma minimālās izmaiņas radītu devēja izvadi, kas ir pietiekami liela, lai pārvarētu troksni un nobīdi sistēmā. Otrkārt, jaudas līmenis: ja sensors ir rezistīvs, projektētājam ir jānodrošina, lai caur devēju plūstošās ierosmes strāvas pašsasilšanas efekti negatīvi neietekmētu mērījumu rezultātus. Ratiometriskā pret neratiometriskā darbība 2. attēlā parādīta ratiometriskā konfigurācija tilta devēja lietojumprogrammā. Tas pats atsauces avots tiek izmantots gan devēja ierosmei, gan A/D pārveidotājam. Noteiktas ierosmes procentuālās izmaiņas neitralizē tādas pašas procentuālās izmaiņas konversijas procesā (vai otrādi). ADC izvades kods DOUT ir pārveidotāja ieejas AIN un tā atsauces VREF attiecības digitāls attēlojums. Tā kā pārveidotāja ievade un tā atsauce ir iegūta no viena un tā paša ierosmes avota, ierosmes izmaiņas nerada mērījumu kļūdas. Tādējādi ratiometriskās konfigurācijās, ja mainīgais, ko mēra devējs, nemainās, ADC digitālais izvades kods ir imūns pret tilta ierosmes izmaiņām. Šī iemesla dēļ precīza stabila atskaite nav nepieciešama, lai iegūtu precīzus mērījumus. Ratiometriskā darbība ir ļoti spēcīga; tas ļauj veikt mērījumus un kontrolēt, izmantojot sistēmas analogo barošanu, lai iegūtu precizitāti neatkarīgi no sprieguma atsauces vai ierosmes barošanas stabilitātes. Tā kā vairumam ADC ir diezgan augsts barošanas bloka noraidījums, strāvas padeves sprieguma novirzes negatīvi neietekmē mērījumu. Skaitlis 2. Ratiometriskā darbība tilta devēja lietojumā. 3. attēlā parādīts līdzstrāvas neratiometriskās darbības trūkums. Tas parāda tipisku neratiometrisku konfigurāciju tilta devēja lietojumprogrammā. Tāpat kā iepriekšējā lietojumprogrammā, ADC izvada digitālo kodu DOUT, AIN un VREF attiecību. Šajā piemērā izejas kods ir jutīgs pret relatīvajām izmaiņām starp tilta ierosmi un atsauces spriegumu. Jebkuras izmaiņas ierosmes sprieguma rezultātos ir izmaiņas analogajā ieejas spriegumā, ko redz ADC. Tā kā atsauce nav atkarīga no ierosmes, digitālās izvades kods atspoguļos mainīto ierosmi. Neratiometriskās shēmas galvenokārt ir piemērotas lietojumiem, kuros nepieciešami mērījumi pret absolūtu atsauci vai kur viens pārveidotājs apkalpo dažādas nesaistītas analogās ieejas. Tā kā atsauces, ierosmes utt. izmaiņas netiks noņemtas, bet tiks atspoguļotas mērījumos, lielākajai daļai lietojumu ir nepieciešami ļoti precīzi, precīzi un stabili atsauces un ierosmes avoti. Skaitlis 3. Neratiometriska darbība tilta devēja lietojumā. Izstrādājot augstas izšķirtspējas datu iegūšanas sistēmas, dizaineriem vienmēr jāpatur prātā ratiometriskās darbības rentabilitāte visur, kur tās izmantošana ir iespējama. Elektroinstalācijas konfigurācijas Ir dažādas elektroinstalācijas konfigurācijas, kuras var izmantot, savienojot ar pretestības sensoriem, piemēram, RTD un termistoriem temperatūras mērīšanas lietojumprogrammās. Pamata 2, 3 un 4 vadu savienojumi ir parādīti 4. attēlā. Kāpēc ir pieejami šie formāti ar to dažādo sarežģītību un izmaksām? Svina stieples pretestība var radīt ievērojamas mērījumu kļūdas, ja netiek veikti atbilstoši piesardzības pasākumi, lai tās novērstu, jo īpaši zemas pretestības 100 W RTD lietojumos. RTD ķēdēs kontrolēta (parasti nemainīga) strāva tiek izlaista caur sensoru, rezistoru, kura pretestība palielinās pakāpeniski, atkārtoti un aptuveni lineāri ar temperatūru. Palielinoties tā pretestībai, tā sprieguma kritums palielinās, un, lai arī tas ir neliels, to var izmērīt bez grūtībām. Ideālā gadījumā izmērītajā spriegumam jāietver tikai paša sensora pretestības pieaugums. Tomēr praksē, īpaši divu vadu konfigurācijās, faktiskā pretestība starp sensora spailēm mērīšanas punktā ietver gan sensora, gan svina vadu pretestības. Ja svina stieples pretestība paliktu nemainīga, tas neietekmēs temperatūras mērījumus. Tomēr stieples pretestība mainās atkarībā no temperatūras; un, mainoties apkārtējiem apstākļiem, mainīsies arī stieples pretestība, radot kļūdas. Ja sensors ir attālināts un vads ir ļoti garš, šis kļūdu avots būs nozīmīgs RTD lietojumos, kur sensora nominālā vērtība būs 100 W vai 1 kW, un pakāpeniskas izmaiņas parasti ir 0.4%/°C. . Termistoru lietojumi, kur nominālās sensora pretestības vērtības ir augstākas nekā RTD, parasti ir mazāk jutīgas pret svina pretestību, jo vadi rada mazāk kļūdu. Skaitlis 4. Tipiskas vadu konfigurācijas sensoriem, kuru pamatā ir pretestība. Kreisajā pusē redzamā 2 vadu konfigurācija ir neprecīzākā no trim iepriekš parādītajām sistēmām, jo ​​svina stieples pretestība 2RL un tās svārstības atkarībā no temperatūras rada būtiskas mērījumu kļūdas. Piemēram, ja katra vada svina pretestība katrā vadā ir 0.5 W, RL pretestības mērījumam pievieno 1 W kļūdu. Izmantojot 100 W RTD ar a = 0.00385/°C, pretestība ir sākotnējā kļūda 1 W/(0.385 W/°C) vai 2.6 °C, un svina pretestības izmaiņas atkarībā no apkārtējās temperatūras rada papildu kļūdas. 3 vadu konfigurācija 4. attēlā piedāvā ievērojamus uzlabojumus salīdzinājumā ar 2 vadu konfigurāciju, jo ir izslēgts viens strāvu nesošais svina vads. Ja mērīšanas vads, kas atgriežas pie V(+), ieplūst augstas pretestības mezglā, šajā vadā neplūst strāva un netiek radīta elektroinstalācijas kļūda. Tomēr RTD atgriešanas vada svina pretestība un termiskie raksturlielumi uz V(-) un I(-) joprojām rada kļūdas, tāpēc kļūdas ir samazinātas līdz pusei kļūdas divu vadu sistēmā. 4 vadu konfigurācija 4. attēlā piedāvā vislabāko veiktspēju precizitātes un vienkāršības ziņā, salīdzinot ar 2 un 3 vadu konfigurācijām. Šajā lietojumprogrammā kļūdas, kas radušās svina stieples pretestības un termiskās sildīšanas efekta dēļ, tiek novērstas, mērot temperatūru tieši pie RTD. Atgriešanās vadus no RTD parasti buferē augstas pretestības ķēde (pastiprinātājs/analogs uz ciparu pārveidotājs), un tādējādi atgriešanas vados neplūst strāva un netiek radīta kļūda. Ja ir pieejami divi saskaņoti strāvas avoti, ir iespējams izveidot 3 vadu sistēmas, kas būtībā novērš jebkādu vadu pretestību vai termiskos efektus. Piemērs, izmantojot pārveidotāju AD7711, ir parādīts 5. attēlā. Uzbudinājums tiek nodrošināts ar strāvu no augšējā 200-µA strāvas avota, kas plūst caur savienojošā vada RL1 pretestību. Apakšējais strāvas avots nodrošina strāvu, kas plūst caur otru mērīšanas vadu ar pretestību RL2, radot būtībā vienādu un pretēju sprieguma kritumu pāri RL1, atceļot to, mērot diferencēti. Abu strāvu summa nekaitīgi plūst caur atgriešanas vadu (RL3) uz zemi (diferenciālajā mērījumā netiek ņemts vērā kopējā režīma spriegums). 200 µA strāva, kas plūst caur sērijas 12.5 kW rezistoru, attīsta spriegumu, kas tiek izmantots kā pārveidotāja atskaites punkts, nodrošinot ratiometrisko mērījumu. Skaitlis 5. Lauka vadu pretestības radīto kļūdu novēršana 3 vadu RTD lietojumprogrammās. AD7711, augstas izšķirtspējas sigma-delta ADC, pārveido spriegumu no RTD uz digitālo. AD7711 ir ideāla pārveidotāja izvēle šim lietojumam; tas piedāvā 24 bitu izšķirtspēju, mikroshēmā programmējamu pastiprinājuma pastiprinātāju un pāris saskaņotu RTD ierosmes strāvas avotu. Kā redzams no piemēra, pilnīgu risinājumu var izveidot bez papildu signāla kondicionēšanas komponentiem. Maiņstrāvas ierosme 6. attēlā parādīti daži sistēmas kļūdu avoti, kas saistīti ar līdzstrāvas ierosmi un mērījumiem tilta sensora lietojumprogrammā. Šajā tilta shēmā nav iespējams atšķirt, cik liela daļa pastiprinātāja līdzstrāvas (un zemfrekvences) izejas faktiski ir no tilta un cik liela ir kļūdu signālu dēļ. Kļūdas, ko rada 1/f troksnis, parazitārie termopāri un pastiprinātāja nobīdes, nevar novērst, ja vien netiek izmantota kāda metode, lai atšķirtu faktisko signālu no šiem kļūdu avotiem. Maiņstrāvas ierosme ir labs risinājums šai problēmai. Skaitlis 6. Kļūdu avoti, kas saistīti ar līdzstrāvas ierosmi tilta devēja mērīšanas sistēmā. Signāli no tilta devēja, kas ir atkarīgi no ierosmes, parasti ir mazi. Ja ierosme ir 5 V un tilta jutība ir 3 mV/V, maksimālais izejas signāls ir 15 mV. Šo zemā līmeņa signālu sniegtās informācijas degradācijas avoti ir troksnis (gan termiskais, gan 1/f), spriegums no parazītiskajiem termopāriem un pastiprinātāja nobīdes kļūdas. Piemēram, parastā ķēdes elektroinstalācijā pastāv parazitārie termopāri. Savienojumi starp alvas-svina lodmetālu un vara PC plates pēdām var radīt termopāra efektu no 3 līdz 4 µV/°C, ja visā ķēdē pastāv termiskie gradienti. Termopāru savienojumi būs arī starp shēmas plates vara pēdām un pastiprinātāja kovara tapām, radot sprieguma kļūdas līdz 35 µV/°C. Augstas izšķirtspējas datu iegūšanas sistēmā šīs termopāra kļūdas, kā arī pastiprinātāja nobīdes kļūdas un trokšņi sistēmā, visas kopā radīs ievērojamu līdzstrāvas un zemas frekvences kļūdu. Maiņstrāvas ierosme ir spēcīga pieeja šo kļūdu atdalīšanai no signāla. Izmantojot kvadrātveida vilni maiņstrāvas ierosmei, ierosmes signāla polaritātei mainot starp mērījumiem, inducētās līdzstrāvas kļūdas var efektīvi atcelt. Šī sadalīšanas shēma arī novērš 1/f troksni, kas šajās lietojumprogrammās dominē zemās frekvencēs (līdzstrāva līdz dažiem Hz). Skaitlis 7. Tipiska tilta konfigurācija, kas izmanto maiņstrāvas ierosmi. 7. attēlā parādīts, kā tiltu var konfigurēt maiņstrāvas ierosmei. Ierosmes sprieguma polaritāte uz tiltu tiek mainīta alternatīvos ciklos, izmantojot tranzistorus Q1 līdz Q4, lai veiktu pārslēgšanu. Visas izraisītās līdzstrāvas un zemfrekvences kļūdas ir apvienotas kā EOS. 1. fāzes laikā Q1 un Q4 ir ieslēgti, bet Q2 un Q3 ir izslēgti; izvadi VOUT dod (VA + EOS). 2. fāzes laikā Q2 un Q3 ir ieslēgti, bet Q1 un Q4 ir izslēgti, izvadi VOUT apzīmē ar (-VA + EOS). Faktiskā jauda ir divu fāžu summa, kas dod VOUT = 2 × VA. Maiņstrāvas ierosmes vadības signāliem jābūt pulksteņa signāliem, kas nepārklājas. Šī shēma novērš kļūdas, kas saistītas ar līdzstrāvas ierosmi uz sarežģītāka dizaina rēķina. 8. attēlā parādīta tilta devēja lietojumprogramma, izmantojot AD7730 tilta devēju ADC, kas ietver mikroshēmā visas nepieciešamās shēmas, lai ieviestu maiņstrāvas ierosmi un iegūtu aprēķināto izvades rezultātu pēc ierosmes pārslēgšanas. Skaitlis 8. Maiņstrāvas ierosinātā tilta lietojumprogramma, izmantojot AD7730 sigma-delta pārveidotāju. AD7730 sigma-delta ADC ir pilnīgs analogs priekšgals svēršanas un spiediena mērīšanas lietojumprogrammām. Darbojoties no viena +5 V barošanas avota, tas pieņem zema līmeņa signālus tieši no devēja un izvada seriālo digitālo vārdu. Ievades signāls tiek pielietots patentētam programmējamam pastiprinājuma priekšgalam, kura pamatā ir analogais modulators. Zemas caurlaidības programmējams digitālais filtrs ar regulējamu filtra izslēgšanu, izvades ātrumu un nostādināšanas laiku apstrādā modulatora izvadi. Ir divas buferizētas diferenciālās programmējamās pastiprinājuma analogās ieejas, kā arī diferenciālā atsauces ieeja. Tas pieņem četrus vienpolārus un bipolārus analogās ievades diapazonus no 10 mV līdz 80 mV pilna mēroga. Izšķirtspēja no maksimuma līdz maksimumam, kas ir sasniedzama tieši, ir 1 no 230,000 XNUMX. Mikroshēmā iebūvēts 6 bitu DAC ļauj kompensēt taras spriegumu svēršanas lietojumos. Ierīces seriālo interfeisu var konfigurēt trīs vadu darbībai, un tas ir savietojams ar mikrokontrolleriem un digitālajiem signālu procesoriem. AD7730 ietver paškalibrēšanas un sistēmas kalibrēšanas iespējas, un tam ir nobīdes novirze, kas ir mazāka par 5 nV/°C, un pastiprinājuma novirze ir mazāka par 2 ppm/°C. Ar šo dreifēšanas veiktspējas līmeni kalibrēšana uz lauka parasti nav nepieciešama. 8. attēlā tranzistori Q1 līdz Q4 veic ierosmes sprieguma pārslēgšanu. Šie tranzistori var būt diskrēti saskaņoti bipolāri vai MOS tranzistori, vai uzdevuma veikšanai var izmantot īpašu tilta draivera mikroshēmu, piemēram, 4427 no Micrel. Tā kā analogais ieejas spriegums un atsauces spriegums tiek mainīti alternatīvos ciklos, AD7730 ir jāsinhronizē ar šiem ierosmes sprieguma maiņas gadījumiem. Sinhronai pārslēgšanai tas nodrošina loģiskos vadības signālus ierosmes sprieguma pārslēgšanai. Šie signāli ir nepārklājošās CMOS izejas, ACX un ACX. Viena no problēmām, ar ko saskaras maiņstrāvas ierosme, ir analogās ieejas signālu nostādināšanas laiks pēc pārslēgšanas, īpaši lietojumprogrammās, kur ir gari vadi no tilta līdz AD7730. Pārveidotājs var radīt kļūdainus datus, jo tas apstrādā signālus, kas nav pilnībā nokārtoti. Attiecīgi lietotājam ir atļauts ieprogrammēt aizkavi līdz 48.75 µs starp ACX signālu pārslēgšanu un datu apstrādi analogajās ieejās. AD7730 arī mērogo ACX pārslēgšanas frekvenci atbilstoši izejas atjaunināšanas ātrumam. Tas ļauj izvairīties no tilta pārslēgšanas ar nevajadzīgi ātrāku ātrumu, nekā to pieprasa sistēma. AD7730 spēja apstrādāt atsauces spriegumus, kas ir tādi paši kā ierosmes spriegumi, ir īpaši noderīga maiņstrāvas ierosmē, kur rezistoru dalītāja izvietojums uz atsauces ieejas palielina ar pārslēgšanu saistīto nostādināšanas laiku. Maiņstrāvas ierosmi var efektīvi izmantot, lai novērstu pašsasilšanas ietekmi temperatūras mērīšanas lietojumos, izmantojot pretestības sensorus. Mērot temperatūru, izmantojot RTD, pati ierosmes strāva (lai arī maza) rada I2R jeb džoula karsēšanu, radot norādīto temperatūru, kas ir nedaudz augstāka par mērīto temperatūru. Pašsasilšanas pakāpe lielā mērā ir atkarīga no vides, kurā RTD ir iegremdēts. RTD klusā gaisā uzsilst līdz daudz augstākai temperatūrai nekā kustīgā ūdenī. Ar parasti izmantoto līdzstrāvas ierosmi ierosmes strāvai caur sensoru jābūt pietiekami lielai, lai mazākās izmērāmās temperatūras izmaiņas izraisītu sprieguma izmaiņas, kas pārsniedz sistēmas troksni, nobīdi un novirzi. Ierosmes strāvas, kas nepieciešamas šo kļūdu novēršanai, parasti ir 1 mA vai lielākas. RTD izkliedētā jauda izraisa tā temperatūras paaugstināšanos, ieviešot mērījumu novirzes kļūdas, kas samazina sistēmas precizitāti. Piemēram, izmantojot 1 mA līdzstrāvas ierosmes avotu ar 1 kW RTD ar pašsasilšanas efektu 0.05 °C/mW, tiek iegūta novirzes kļūda 0.5 °C. Tā kā maiņstrāvas ierosmes avots samazinās nobīdes un novirzes efektus, daudzos lietojumos var izmantot daudz mazākas ierosmes strāvas. Tādējādi samazināta ierosmes strāva ne tikai samazina pašsasilšanas efektus RTD (par strāvas samazinājuma kvadrātu!); tas arī samazina saistītās līdzstrāvas un zemfrekvences izvades kļūdas, kā minēts iepriekš. Skaitlis 9. Pašsasilšanas efektu novēršana RTD temperatūras mērīšanas lietojumos, izmantojot maiņstrāvas ierosmi un AD7730 ADC. 9. attēlā parādīts augstas izšķirtspējas sigma delta pārveidotājs AD7730, ko izmanto maiņstrāvas ierosmes RTD mērījumiem. Šajā lietojumprogrammā AD7730 tiek darbināts ar dalītām padevēm, ti, AVDD un DVDD ir atsevišķos potenciālos, un AGND un DGND ir atsevišķos potenciālos. Izmantojot šo izkārtojumu, ir nepieciešams, lai AVDD vai DVDD nepārsniegtu AGND par 5.5 V. Tāpēc, strādājot ar ±2.5 V analogajiem barošanas avotiem, DVDD ir jāierobežo līdz +3 V attiecībā pret digitālo zemējumu, kas ir sistēmas zemējums. Ierīces AD7730 ACX izeja, kas kontrolē strāvas maiņu šajā lietojumprogrammā, ir noteikta attiecībā uz AVDD un AGND izejmateriāliem. Ja ACX ir augsts, caur RTD vienā virzienā plūst 100 µA strāva; kad ACX ir zems, 100-µA strāva plūst pretējā virzienā caur RTD. Pārslēgtas polaritātes strāvas avots ir izstrādāts, izmantojot darbības pastiprinātājus U1 un U2 standarta sprieguma-strāvas pārveidošanas konfigurācijā. AD7730, kas konfigurēts tā maiņstrāvas ierosmes režīmam, rada kvadrātveida vilni savā ACX izejā. Pārveidošanas procesa laikā ADC ņem divus konversijas rezultātus — vienu katrā ACX signāla fāzē — un apvieno tos ADC, lai iegūtu vienu datu izvades vārdu, kas atspoguļo izmērīto temperatūru. Piemēram, ja RTD izeja ACX signāla pirmajā fāzē ir 10 mV un pastāv 1 mV ķēdes izraisīta līdzstrāvas kļūda parazītu termopāru dēļ, ADC mēra 11 mV. Otrajā fāzē ierosmes strāva tiek apgriezta, un ADC mēra -10 mV no RTD, un atkal redz +1 mV līdzstrāvas kļūdu, nodrošinot ADC izvadi šajā fāzē -9 mV. Šie mērījumi tiek apstrādāti ADC ietvaros (11 mV-(-9mV)/2= 10mV), tādējādi novēršot līdzstrāvas izraisītās kļūdas sistēmā. Maiņstrāvas ierosme ļauj efektīvi izmantot strāvu 100 µA tuvumā RTD lietojumos, kā parādīts 9. attēlā, būtiski samazinot pašsasilšanas efektus. Tā kā pārveidotāja atsauces spriegums tiek izstrādāts, izmantojot ierosmes strāvu, RTD pretestība tiek mērīta ar koeficientu. Tādējādi ārējās pretestības vērtības sprieguma-strāvas pārveidotājā neietekmē sistēmas precizitāti, jo precīza piedziņas strāvas vērtība nav kritiska, aptuveni 1%. Tāpēc pietiks ar 100 ppm/°C rezistoriem. Tomēr RREF pretestībai, kas izmanto strāvu, lai attīstītu ADC atsauces spriegumu, ir jābūt stabilai virs temperatūras, lai izvairītos no atsauces izraisītām kļūdām mērījumu izvadē. Ar parādīto shēmu var viegli pielāgot izmērīto temperatūras diapazonu no -200°C līdz +200°C. Tā kā līnijas frekvences uztveršana var radīt nobīdes, ja sadalīšana notiek līnijas frekvencē (50 vai 60 Hz), smalcinātāja darbība ir ieteicama asinhronā 57 Hz frekvencē (kur notiek filtra nulle). 16 bitu izšķirtspēja no maksimuma līdz maksimumam ir sasniedzama, izmantojot AD7730 tā vienpolārā 0-20 mV diapazonā ar atjaunināšanas ātrumu 57 Hz. Vēl viens svarīgs ieguvums, izmantojot AD7730 RTD lietojumos, ir tā imunitāte gan pret izstarotajiem elektriskajiem laukiem, gan ātri pārejošiem uzliesmojumiem (EFT). Strādājot trokšņainā vidē, AD7730 ieteicams izmantot tā griešanas režīmā. AD7730 izmantotās smalcinātāja stabilizācijas metodes novērš nobīdi un samazina nobīdes novirzi. Kad AD7730 tiek darbināts CHOP režīmā, signāla ķēde, ieskaitot pirmās pakāpes filtru, tiek pārtraukta. Tas samazina kopējo novirzes veiktspēju līdz 5 nV/°C. AD7730 var darbināt elektrisko lauku klātbūtnē (1 V/m līdz 3 V/m) no 30 MHz līdz 1 GHz ar plakanu nobīdi visā frekvenču diapazonā. Bez smalcināšanas nobīdes veiktspēja pasliktinās elektriskā lauka klātbūtnē un mainās ar frekvenci. Kopsavilkums Izstrādājot augstas izšķirtspējas datu iegūšanas sistēmas, rūpīgi jāizvēlas ierosmes metode, devēja ierosmes avots un lauka vadu shēma, ko izmanto zema līmeņa analogā signāla nodošanai no devēja uz A/D pārveidotāju. Pārveidotājus var ierosināt ar maiņstrāvas vai līdzstrāvas strāvu vai spriegumu. Līdzstrāvu ierosināšanai izmanto plašāk nekā maiņstrāvu, jo sistēmas, kas izmanto līdzstrāvas ierosmi, ir vieglāk ieviešamas un novēršamas; taču tiem ir vairāki trūkumi. Sensora ierosmes lielumam jābūt pietiekamam, lai mazākās izmērāmās izmaiņas izraisītu sprieguma izmaiņas, kas pārsniedz sistēmas troksni, nobīdi un novirzi. Ja ir sagaidāmas lielas līdzstrāvas kļūdas un zemas frekvences troksnis, maiņstrāvas ierosme ir noderīga. Ierosināšanas avots tiek ieslēgts alternatīvos ciklos, un iegūtās amplitūdas tiek mērītas un aprēķinātas vidējās, lai nodrošinātu konversijas rezultātu. Tādējādi maiņstrāvas ierosme signāla ķēdē noņem 1/f trokšņa un līdzstrāvas izraisīto parazītisko termopāra efektu ietekmi. Tas ļauj ievērojami samazināt ierosmi, savukārt samazinot kļūdas, ko rada pašsildīšana sensoros, kuru pamatā ir pretestība. Šie ieguvumi parasti pārsniedz trūkumus, kas saistīti ar nedaudz augstākām ieviešanas izmaksām un rūpēm, kas jāveic, lai pirms mērījuma veikšanas nodrošinātu atbilstošu nogulsnēšanos. Ir pieejamas dažādas sensoru vadu konfigurācijas, kas ietver no 2 līdz 4 vadiem atkarībā no nepieciešamās precizitātes. Četru vadu konfigurācijas nodrošina vislabāko precizitāti, novēršot kļūdas, ko rada svina vadu pretestība un siltuma efekti elektroinstalācijā. Sistēmas var konfigurēt ar kopīgu ierosmi un atsaucēm (ratiometriski) vai ar neatkarīgām atsaucēm (neratiometriskām). Priekšroka tiek dota koeficientu noteikšanai, jo tā ļauj mērīt un kontrolēt ar precizitāti, kas ir lielāka par sprieguma atskaites vai ierosmes avotu stabilitāti. Mērījumi ir nejutīgi pret ierosmes izmaiņām.

Atstāj ziņu 

Message saraksts