Mediante el uso de tres ADC sigma delta de 24 bits de bajo nivel de ruido y calibración automática con búferes de entrada con corriente en cero, el LTC2983 de Linear Technologies resuelve el desafío de diseño de medir un termopar con alta precisión. Es fácil de usar y se puede configurar universalmente para digitalizar diodos, termistores y RTD de tipo E, J, K, N, T, S y R.
La temperatura es uno de los fenómenos físicos más comúnmente medidos. Los sensores capaces de crear señales electrónicas en función de la temperatura se utilizan ampliamente para digitalizar con precisión la temperatura en muchas aplicaciones. Uno de estos sensores es el RTD.
Un RTD es un dispositivo que cambia la resistencia en función de la temperatura. Los RTD se pueden configurar como conexiones de dos, tres o cuatro cables y cuentan con varios estándares, es decir, los coeficientes de temperatura, así como los valores de resistencia nominales a 0 grados Celsius.
La resistencia de un RTD se determina al aplicar una corriente de excitación a través de un RTD conectado en serie con un resistor de detección conocido. Este tipo de medida es radiométrica y no depende del valor absoluto de la corriente de referencia o de excitación del ADC.
La variación de resistencia de un RTD con la temperatura puede ser muy pequeña. Por ejemplo, un RTD PT100 varía aproximadamente 0,03 ohmios por décima de un grado Celsius y puede verse afectado por la protección de entrada externa y los circuitos de filtro, la resistencia del conductor y los efectos del termopar parásito. Un dispositivo orientado a mediciones de RTD debe adaptarse a configuraciones de dos, tres y cuatro cables, requiere de una alta impedancia de entrada, además de incluir informes de fallas y fuentes de corriente de excitación.
El resistor de detección puede ser costoso. Es complicado hacer que sus circuitos de filtrado de salida de tensión y resistencia parásita del conductor se comuniquen a la entrada de referencia de un ADC. El LTC2983 resuelve estos desafíos de diseño al combinar tres ADC sigma delta de 24 bits de bajo ruido y calibración automática continua con un DAC de corriente de excitación con amplificadores de búfer a cero con una alta impedancia de entrada y cientos de interruptores para realizar de forma automática las medidas necesarias.
Dos ADC miden la caída de tensión simultáneamente a lo largo del resistor de detección y el RTD, eliminando los problemas convencionales de medición del Rsense con la entrada de referencia del ADC. El LTC2983 calcula la resistencia del RTD, realiza e informa la detección de fallas y genera los resultados en grados Celsius o Fahrenheit y la resistencia del RTD en ohmios.
Para evaluar el rendimiento del dispositivo, el LTC2983 y los circuitos de demostración del RTD dedicado se utilizan con su software de demostración correspondiente, un baño de aceite y un calibrador de RTD. La placa de demostración del LTC2983 interactúa con la placa USB Linduino o DC590 y se conecta a la placa del RTD dedicado. El sistema de demostración es útil para evaluar el rendimiento del RTD y las características del LTC2983.
Incluye un RTD simulado, que es un resistor de 100 ohmios, con termopar parásito para demostrar la inversión de la excitación de la fuente de corriente del LTC2983. También incluye un RTD PT100 con un puente para conectarlo como un RTD de tres o cuatro cables y un potenciómetro de 10 000 para demostrar los rangos de RTD y el informe de fallas. Todos los sensores aprovechan las capacidades de compartición Rsense del LTC2983.
Un método preciso para medir la temperatura con un sensor real es un baño de aceite a temperatura controlada. En este caso, se introduce un RTD PT100 de cuatro cables en un baño de aceite a una temperatura de 100 grados Celsius. Como puede ver, el sistema de demostración recopila el resultado del LTC2983, que registra una lectura exacta de 100 grados Celsius. El resistor Rsense correspondiente se conecta entre el primer y segundo canal, y su valor se almacena en el LTC2983.
El resistor de detección de 2000 ohmios se comparte entre los tres sensores de la placa de demostración. El LTC2983 cuenta con muchos mecanismos de informe de fallas. Al ajustar el simulador de RTD de resistor variable, es posible crear fallas no críticas, temperatura del sensor superior o inferior al rango del RTD y fallas críticas, cortocircuito o circuito abierto del RTD o del Rsense.
Las fallas no críticas informan de la temperatura calculada, mientras que las fallas críticas informan de valores de -999 grados, lo cual indica que la lectura no es válida. La placa del RTD dedicado cuenta con un resistor fijo de 100 ohmios, que se utiliza como un RTD a 0 grados Celsius con un termopar parásito insertado en la conexión entre el RTD y el LTC2983. Un fenómeno físico que afecta la precisión de las medidas del RTD son los termopares parásitos derivados de las conexiones por cable al RTD.
Estos efectos producen errores de temperatura y desvíos. Este circuito de demostración, junto con una pistola térmica, simula los efectos reales de los termopares parásitos. Para contrarrestar estos efectos, el LTC2983 puede llevar a cabo una rotación automática de la corriente de excitación. Cuando se habilita la rotación, los errores derivados del termopar parásito se eliminan continuamente del resultado.
Este circuito se ejecutó durante un periodo de dos días, en el cual la rotación se deshabilitó el primer día, esto es la curva azul, y se habilitó en el segundo día, es decir la curva roja. Los efectos derivados del calentamiento y enfriamiento de la habitación se contrarrestan gracias a la rotación automática. Todos los interruptores y fuentes de corriente que habilitan la rotación automática están integrados al LTC2983 y se pueden habilitar y deshabilitar fácilmente en el software.
Para medir el rango completo de temperatura del RTD con precisión a una temperatura bajo grados Celsius, se necesita un calibrador de temperatura. En este caso, la temperatura del calibrador se aumenta manualmente a un RTD de tipo PT100 en incrementos de 100 grados Celsius. El resultado está dentro de una precisión de 1/20.º de un grado Celsius. Esto se puede realizar para cada tipo de RTD. También es posible utilizar un calibrador para recorrer de forma automática todas las temperaturas y tipos de RTD mediante el control del software.
Aquí se muestra el rendimiento del LTC2983 utilizando un RTD de tipo PT100 con errores de hasta 1/20.º de un grado Celsius. Además de digitalizar los RTD, el LTC2983 también puede medir la temperatura de los termopares y termistores. Las 20 entradas del LTC2983 se pueden configurar por medio de software para digitalizar cualquiera de estos tipos de sensores. Esto permite compartir un diseño de hardware con muchos otros tipos de sensores.
La placa de demostración universal incluye un bloque terminal para la conexión directa con los RTD, termopares y termistores. Además de los RTD estándar, el LTC2983 también puede digitalizar los RTD personalizados basados en tablas. El LTC2983 es un sistema de medición de temperatura preciso y fácil de usar. Se conecta de manera directa a los RTD, aplica la corriente de excitación, mide el RTD y el resistor de detección de manera simultanea e informa los resultados en grados Celsius o Fahrenheit.
No necesita de ninguna referencia externa, búferes o circuitos de cambio de nivel, y se puede configurar de forma universal para digitalizar los RTD de tipo PT10, PT50, PT100, PT200, PT500, PT1000 y NI120, así como termopares, diodos y termistores. Consulte otros videos de esta serie para obtener más información sobre las extraordinarias capacidades del LTC2983 relacionadas con los termopares y termistores.