Doté de trois convertisseurs analogique-numérique (CAN) sigma-delta 24 bits, à faible bruit, avec calibrage automatique et possédant des buffers d'entrée exclusifs avec décalage de zéro de tension, le LTC2983 de Linear Technologies relève les défis de conception afin de mesurer un thermocouple avec une grande précision. Il est simple d'utilisation et peut être configuré de manière universelle pour numériser les thermocouples de type E, J, K, N, T, S et R, les diodes, les thermistances et les RTD.
L'un des phénomènes physiques les plus couramment mesurés est la température. Les capteurs capables de créer des signaux électroniques dépendant de la température sont largement utilisés pour numériser la température de manière précise dans de nombreuses applications. L'un de ces capteurs est le RTD.
Un RTD est un appareil qui change la résistance en fonction de la température. Les RTD peuvent être configurés avec une connexion à deux, trois ou quatre fils et ils possèdent plusieurs standards, par exemple les coefficients de température ainsi que les valeurs de résistance nominale à 0 °C.
La résistance d'un RTD est déterminée en appliquant un courant d'excitation à un RTD connecté en série avec une résistance de détection connue. Ce type de mesure est ratiométrique et ne dépend pas de la valeur absolue du courant d'excitation ou de référence du CAN.
Une variation de résistance de RTD en fonction de la température peut être très petite. Par exemple, un RTD PT100 varie approximativement de 0,03 ohms par dixième de degré Celsius. Il peut être perturbé par une protection d'entrée externe et des circuits de filtrage, une résistance de câble, et des effets parasites de thermocouple. Un appareil ciblant les mesures RTD doit s'adapter à des configurations à deux, trois et quatre fils. Il nécessite une forte impédance d'entrée, comprend une signalisation des défaillances et des sources de courant d'excitation.
La résistance de détection peut coûter cher. La tension de ses circuits de filtrage de sortie et sa résistance de câble parasite sont difficiles à interfacer à l'entrée de référence d'un CAN. Le LTC2983 relève ces défis de conception en combinant trois CAN sigma-delta 24 bits, à faible bruit, auto-calibrés en continu à un courant d'excitation DCA sans buffer avec une forte impédance d'entrée et des centaines de commutateurs pour effectuer automatiquement les mesures nécessaires.
Deux CAN mesurent simultanément la chute de tension à travers la résistance de détection et le RTD, éliminant ainsi les problèmes classiques de mesure Rsense avec l'entrée de référence du CAN. Le LTC2983 calcule la résistance du RTD, effectue et signale la détection de défaillances et donne ces résultats en degrés Celsius ou Fahrenheit et la résistance du RTD en ohms.
Afin d'évaluer les performances de l'appareil, le LTC2983 et les circuits de démonstration dédiés du RTD sont utilisés avec leur logiciel de démonstration correspondant, un bain d'huile et un calibreur RTD. La carte de démonstration du LTC2983 s'interface à la carte USB Linduino ou DC590 et se connecte à la carte RTD dédiée. Le système de démonstration est utile pour évaluer les performances du RTD et les fonctionnalités du LTC2983.
Il comprend un RTD simulé, qui est une résistance de 100 ohms, avec un thermocouple parasite afin de démontrer l'inversion d'excitation de la source de courant du LTC2983. Il comprend également un RTD PT100 doté d'un cavalier pour le connecter à un RTD à trois ou quatre fils et un potentiomètre 10k pour démontrer les gammes et la signalisation des défaillances du RTD. Chaque capteur tire parti des capacités de partage Rsense du LTC2983.
Un bain d'huile à température contrôlée est une méthode précise permettant de mesurer la température avec un capteur réel. Dans ce cas, une RTD PT100 à quatre fils est inséré dans un bain d'huile réglé à 100 °C. Comme vous pouvez le voir, le système de démonstration collecte la sortie du LTC2983 qui affiche précisément 100 °C. La résistance Rsense correspondante est reliée entre la chaîne une et la chaîne deux et sa valeur est stockée dans le LTC2983.
La résistance de détection 2 kΩ est partagée entre les trois capteurs de la carte de démonstration. Le LTC2983 contient de nombreux mécanismes de signalisation des défaillances. En ajustant la résistance variable du simulateur de RTD, il est possible de créer des défaillances légères : la température du capteur étant au-dessus ou en dessous de la portée du RTD ; ou des défaillances importantes : le RTD ou le Rsense ayant un court-circuit ou un circuit ouvert.
Les défaillances légères affichent la température calculée, tandis que les défaillances importantes affichent -999 degrés, indiquant une lecture invalide. La carte RTD dédiée comprend une résistance fixe de 100 ohms utilisée en tant que RTD à 0 °C avec un thermocouple parasite inséré dans la connexion entre le RTD et le LTC2983. Les thermocouples parasites provenant des connexions filaires au RTD sont l'un des phénomènes physiques affectant la précision des mesures du RTD.
Ces effets entraînent des erreurs de température et des dérives. Ce circuit de démonstration accompagné d'un pistolet thermique simule les effets réels des thermocouples parasites. Afin d'annuler ces effets, le LTC2983 peut effectuer une rotation automatique du courant d'excitation. Lorsque la rotation est activée, les erreurs du thermocouple parasite sont retirées en continu du résultat.
Ce circuit a fonctionné pendant deux jours. Le premier jour la rotation était éteinte, c'est la courbe bleue, et le second jour elle était activée, c'est la courbe rouge. Les effets liés au réchauffement et au refroidissement de la pièce sont annulés par la rotation automatique. Tous les commutateurs et les sources de courant permettant la rotation automatique sont intégrés dans le LTC2983 et peuvent facilement être activés ou désactivés à l'aide d'un logiciel.
Afin de mesurer la gamme de température complète du RTD avec une précision de moins d'un degré Celsius, un calibreur de température est nécessaire. Dans ce cas, la température du calibreur est manuellement configurée sur un RTD de type PT100 avec des augmentations de 100 °C. Les résultats ont effectivement une précision au 1/20è de degré Celsius. Cette manipulation peut être effectuée pour tous les types de RTD. Un calibreur peut également être utilisé sous le contrôle d'un logiciel afin de balayer automatiquement toutes les températures et tous les types de RTD.
Vous voyez ici les performances du LTC2983 en utilisant un RTD de type PT100 avec des erreurs au 1/20è de degré Celsius. En plus de numériser les RTD, le LTC2983 peut également mesurer la température de thermocouples et de thermistances. Les 20 entrées du LTC2983 peuvent être configurées par logiciel afin de numériser n'importe lequel de ces types de capteurs. Cela permet à une conception matérielle d'être partagée par de nombreux types de capteurs.
La carte de démonstration universelle comprend une borne pour s'interfacer directement sur les RTD, les thermocouples et les thermistances. En plus des RTD standards, le LTC2983 peut également numériser des RTD personnalisés fondés sur des tableaux. Le LTC2983 est un système de mesure de température très précis et simple d'utilisation. Il s'interface directement sur les RTD, applique le courant d'excitation, mesure simultanément le RTD et la résistance de détection et affiche les résultats en degrés Celsius ou Fahrenheit.
Il ne nécessite pas de références externes, de buffers ou de circuit à changement de niveau et peut être universellement configuré pour numériser les RTD de type PT10, PT50, PT100, PT200, PT500, PT1000 et NI120, ainsi que les thermocouples, les diodes et les thermistances. Consultez les autres vidéos de cette série pour de plus amples informations sur les capacités uniques du LTC2983 concernant les thermocouples et les thermistances.