Utilizzando tre ADC delta sigma a 24 bit, a calibrazione autonoma e a rumorosità ridotta con buffer di ingresso live-at-zero proprietari, l'LTC2983 di Linear Technologies risolve la sfida progettuale di misurare una termocoppia con elevata accuratezza. È semplice da usare e può essere configurato universalmente per digitalizzare diodi, termistori e RTD di tipo E, J, K, N, T, S e R.
Uno dei fenomeni fisici più comunemente misurati è la temperatura. I sensori in grado di creare segnali elettronici in funzione della temperatura sono ampiamente utilizzati per digitalizzare accuratamente la temperatura in molte applicazioni. Uno di questi sensori è l'RTD.
Un RTD è un dispositivo che cambia la resistenza in funzione della temperatura. Gli RTD possono essere configurati con connessione a due, tre o quattro fili e hanno diversi standard, ad esempio coefficienti di temperatura e valori di resistenza nominale a 0 °C.
La resistenza di un RTD è determinata applicando una corrente di eccitazione attraverso un RTD collegato in serie a un resistore di rilevamento noto. Questo tipo di misurazione è raziometrico e non dipende dal valore assoluto del riferimento ADC o della corrente di eccitazione.
La variazione di resistenza di un RTD con la temperatura può essere minima. Ad esempio, un RTD PT100 varia di circa 0,03 Ohm per decimo di grado C. Può essere compromesso dalla protezione degli ingressi esterni e dai circuiti di filtraggio, dalla resistenza dei conduttori e dagli effetti delle termocoppie parassite. Un dispositivo destinato alle misurazioni RTD deve alloggiare configurazioni a due, tre e quattro fili, richiede un'elevata impedenza di ingresso, include la segnalazione di guasti e fonti di corrente di eccitazione.
Il resistore di rilevamento può essere costoso. I circuiti di filtraggio dell'uscita di tensione e la resistenza dei conduttori parassiti sono difficili da interfacciare all'ingresso di riferimento di un ADC. L'LTC2983 risolve questi problemi di progettazione combinando tre ADC delta sigma a 24 bit a rumorosità ridotta e a calibrazione autonoma continua, con un DAC per la corrente di eccitazione con amplificatori a buffer zero ad alta impedenza di ingresso e centinaia di interruttori per eseguire automaticamente le misurazioni necessarie.
Due ADC misurano simultaneamente la caduta di tensione attraverso il resistore di rilevamento e l'RTD, eliminando i tradizionali problemi relativi alla misurazione di Rsense con l'ingresso di riferimento ADC. L'LTC2983 calcola la resistenza dell'RTD, esegue e segnala il rilevamento dei guasti e genera i risultati in gradi C o F e la resistenza dell'RTD in Ohm.
Per valutare le prestazioni del dispositivo, vengono utilizzati l'LTC2983 e i circuiti dimostrativi dedicati dell'RTD con il relativo software dimostrativo, un bagno d'olio e un calibratore RTD. La scheda demo LTC2983 si interfaccia con la scheda USB Linduino o DC590 e si collega alla scheda RTD dedicata. Il sistema di dimostrazione è utile per valutare le prestazioni e le caratteristiche dell'RTD dell'LTC2983.
Comprende un RTD simulato, che è un resistore da 100 Ohm, con termocoppia parassita per dimostrare l'inversione dell'eccitazione della fonte di corrente dell'LTC2983. Comprende anche un RTD PT100 con un ponticello per collegarlo come RTD a tre o quattro fili e un pot da 10.000 per dimostrare gli intervalli dell'RTD e la segnalazione di guasti. Tutti i sensori sfruttano le funzionalità di condivisione Rsense dell'LTC2983.
Un metodo accurato per misurare la temperatura con un sensore reale è un bagno d'olio a temperatura controllata. In questo caso, un RTD PT100 a quattro fili viene inserito in un bagno d'olio regolato a 100 °C. Come si può vedere, il sistema dimostrativo raccoglie l'uscita dell'LTC2983, che rileva esattamente 100 °C. Il resistore Rsense corrispondente è collegato tra i canali uno e due e il relativo valore viene memorizzato nell'LTC2983.
Il resistore di rilevamento da 2.000 Ohm è condiviso da tutti e tre i sensori sulla scheda dimostrativa. L'LTC2983 contiene molti meccanismi di segnalazione delle anomalie. Regolando il simulatore RTD del resistore variabile, è possibile creare le seguenti condizioni: errori software, temperatura del sensore superiore o inferiore alla gamma RTD ed errori hardware, RTD in corto o aperto, Rsense in corto o aperto.
Gli errori software riportano la temperatura calcolata mentre gli errori hardware riportano -999 gradi, indicando una lettura non valida. La scheda RTD dedicata comprende un resistore fisso da 100 Ohm utilizzato come RTD a 0 °C con una termocoppia parassita inserita nel collegamento tra l'RTD e l'LTC2983. Le termocoppie parassite che derivano dai collegamenti dei fili all'RTD rappresentano un fenomeno fisico che influisce sull'accuratezza delle misurazioni RTD.
Questi effetti provocano errori di temperatura e deriva. Questo circuito dimostrativo, insieme a una pistola termica, simula gli effetti reali delle termocoppie parassite. Per annullare questi effetti, l'LTC2983 può eseguire una rotazione automatica dell'eccitazione di corrente. Quando la rotazione è attivata, gli errori della termocoppia parassita vengono rimossi continuamente dal risultato.
Questo circuito è stato eseguito per un periodo di due giorni; il primo giorno la rotazione era disattivata e la curva era blu, mentre il secondo giorno la rotazione era attiva e la curva rossa. Gli effetti dovuti al riscaldamento e al raffreddamento dell'ambiente vengono annullati dalla rotazione automatica. Tutti gli interruttori e le fonti di corrente che consentono la rotazione automatica sono integrati nell'LTC2983 e possono essere facilmente abilitati e disabilitati nel software.
Per misurare l'intera gamma di temperatura dell'RTD con accuratezza al di sotto del grado centigrado, è necessario un calibratore di temperatura. In tal caso, la temperatura del calibratore viene rilevata manualmente da un RTD PT100 in incrementi di 100 °C. Il risultato rientra in 1/20 della precisione in gradi centigradi. Questa operazione può essere eseguita per tutti i tipi di RTD. È inoltre possibile utilizzare un calibratore per eseguire automaticamente, sotto controllo software, lo sweeping di tutte le temperature e di tutti i tipi di RTD.
In questo contesto sono mostrate le prestazioni dell'LTC2983 che utilizza un RTD di tipo PT100 con errori che rientrano in 1/20 di °C. Oltre a digitalizzare gli RTD, l'LTC2983 è in grado di misurare la temperatura di termocoppie e termistori. I 20 ingressi dell'LTC2983 20 possono essere configurati tramite software per digitalizzare uno qualsiasi di questi tipi di sensori. In questo modo è possibile condividere un progetto hardware tra più tipi di sensori.
La scheda dimostrativa universale include una morsettiera per l'interfacciamento diretto con RTD, termocoppie e termistori. Oltre agli RTD standard, l'LTC2983 è in grado di digitalizzare anche RTD personalizzati basati su tabelle. L'LTC2983 è un sistema di misurazione della temperatura estremamente preciso e semplice da usare. Si interfaccia direttamente con gli RTD, applica la corrente di eccitazione, misura simultaneamente l'RTD e il resistore di rilevamento e riporta i risultati in gradi C o F.
Non richiede riferimenti esterni, buffer o circuiti di commutazione di livello e può essere configurato universalmente per digitalizzare RTD di tipo PT10, PT50, PT100, PT200, PT500, PT1000 e NI120, nonché termocoppie, diodi e termistori. Per ulteriori informazioni sulle capacità uniche dell'LTC2983 in relazione a termocoppie e termistori, fare riferimento ad altri video di questa serie.