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電阻型溫度傳感器,為什么測(cè)溫精度總不高?應(yīng)該怎么辦?
2020.07.28

設(shè)計(jì)關(guān)鍵:避免導(dǎo)線電阻


一般來說,電阻類型的溫度傳感器需要一個(gè)激發(fā)電流,轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電壓以便檢測(cè)。由于溫度傳感器本身電阻比較低,對(duì)于高精度溫度測(cè)量,導(dǎo)線上的電阻可以忽略。如何避免導(dǎo)線電阻對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響,往往成為整個(gè)溫度測(cè)量設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

 

曾經(jīng)有客戶問,為什么使用萬用表測(cè)試低阻值電阻,數(shù)值總是偏大?因?yàn)槿f用表導(dǎo)線電阻不能忽略。實(shí)際測(cè)試的結(jié)果 = 測(cè)試電阻的阻值 + 導(dǎo)線電阻。

 

下圖是四線法測(cè)試電路圖。使用四線法測(cè)試,把測(cè)試回路和電流回路分開。測(cè)試回路電流很小,所以測(cè)試導(dǎo)線上的壓降可以忽略不計(jì)。因此,四線法測(cè)試可以有效減少導(dǎo)線電阻對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響。

 

 參考資料:阻值太低,無法測(cè)量?來試試開爾文測(cè)試吧



設(shè)計(jì)實(shí)例

 

通常實(shí)際的溫度測(cè)量電路,往往需要連接ADC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)完成數(shù)據(jù)采集。有些ADC專門為三線法或者四線法量身定制,比如ADIAD7124-4/ AD7124-8

 

  •  四線設(shè)計(jì)實(shí)例:


使用AD7124-4/AD7124-8作為數(shù)據(jù)采集器。
 
四線法設(shè)計(jì)需要兩個(gè)回路,如下圖,橙線為電流回路,藍(lán)線為測(cè)試回路。需要用到3路通道:AIN0、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3為差分輸入,用于檢測(cè)RTD兩端的電壓。AIN0連接到AVDD,用于提供激發(fā)電流。參考電阻(Reference Resistor)與RTD串聯(lián)。兩端電壓由REFIN(+)與REFIN(-)檢測(cè)。

參考資料:ADI電路筆記(英文版) - CN0381

 

  • 三線設(shè)計(jì)實(shí)例:

 

三線法使用的前提是:假定適用于連接RTD兩根導(dǎo)線的導(dǎo)線電阻相等,通過額外增加一個(gè)鏡像電流,使得流經(jīng)RL1與RL2的電壓相互抵消。

 

三線法設(shè)計(jì)也需要兩個(gè)回路,如下圖,橙線為電流回路,藍(lán)線為測(cè)試回路。三線法需要用到4路通道AIN0、AIN1、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3為差分輸入,用于檢測(cè)RTD兩端的電壓。AIN0連接到AVDD,用于提供激發(fā)電流。AIN1提供一個(gè)鏡像電流,流經(jīng)RL2,用來抵消AIN0流經(jīng)RL1的電壓。

(參考資料:ADI 電路筆記(英文版) - CN0383)



二線法、三線法、四線法比較


由于RTD上面壓降較低,容易產(chǎn)生信號(hào)噪聲。對(duì)于傳統(tǒng)的二線法,為了減少噪音,測(cè)試線應(yīng)盡可能短,信號(hào)源應(yīng)該盡可能靠近放大器。
 
如果沒法避免長(zhǎng)導(dǎo)線,可以使用三線法或者四線法,減少導(dǎo)線電阻對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響。
 
二線法、三線法、四線法連接方式比較:
(圖片來源:ADI)


總結(jié)


二線法、三線法、四線法各有優(yōu)劣, 具體比較見下表,需要選擇哪種方法要看看我們測(cè)試性質(zhì)及類型。



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