Измерение температуры

Температура в большинстве случаев является медленно изменяющейся физической величиной, поэтому для ее измерения можно выбирать АЦП с низкими частотами дискретизации. Погрешность температуры, однако, может варьироваться в широком диапазоне.

Наиболее распространенными типами датчиков, которые можно использовать в схемах измерения температуры, являются термопара, резистивный температурный датчик (РТД), термистор и интегральный датчик температуры.

На рисунке 3.3 представлена зависимость сопротивления термопары от температуры. Как видно, зависимость является нелинейной. Следовательно, при обработке оцифрованного сигнала с датчика, необходимо использовать таблицу соответствия цифрового кода и реальной температуры.

Рисунок 3.3 – Зависимость сопротивления термопары от температуры

Для подачи сигнала с резистивных датчиков на вход АЦП целесообразно использовать дифференциальный способ включения с использованием моста Уитсона, как показано на рисунке 3.4. Дифференциальное включение обеспечивает подавление синфазных помех, что снижает погрешность измерения.

Выбор АЦП для измерения температуры можно продемонстрировать на примере: при использовании платинового РТД-элемента с сопротивлением 100 Ом при 0 ºС и питающем токе 200 мкА номинальное значение диапазона полной шкалы выходного напряжения (при -200…+600 ºС) составляет 66,2 мВ. С учетом того, что температура является медленно изменяющимся сигналом, наиболее целесообразно использовать в данной схеме сигма-дельта АЦП.

Рисунок 3.4 – Дифференциальное включение датчиков

Принципиальная схема измерения температуры с применением сигма-дельта АЦП показана на рисунке 3.5 [4]. АЦП преобразует слабый сигнал резистивного температурного датчика, включенного по четырехпроводной схеме, в цифровой код. Для питания датчика используется источник тока 200 мкА, расположенный в преобразователе. Для устранения эффекта наложения спектров используются простейшие ФНЧ.

Рисунок 3.5 – Принципиальная схема измерения температуры

Данная схема сочетает высокую точность работы четырехпроводной схемы включения РТД-элемента и возможности сигма-дельта преобразователя. По двум проводам РТД протекает питающий ток, а с двух оставшихся напряжение сигнала термо-элемента поступает на дифференциальные входы сигма-дельта АЦП.