【应用】如何利用Intersil仪表放大器配合A/D转换器测量PT100热电阻

时间： 2019-02-07 来源：intersil（Renesas收购）

本文主要介绍如何利用Intersil（已被RENESAS收购）的仪表放大器 EL8173配合A/D转换器测量PT100热电阻。除了热电偶外，另外一种比较流行的工业标准温度传感器是RTD，其电阻随温度变化而变化。例如，PT100 RTD在0℃时的电阻为100Ω。电阻与温度曲线公式如下，这是一个二阶方程，唯一alpha值由DIN EN 60751定义。对于PT100, 其alpha = 0.385％/℃：

其中：A = 3.9083 E-3，B = -5.775 E-7，C = -4.183 E-12低于0°C（高于0°C时C的值为0）。RTD的偏置电流通常在1mA~5mA之间，以减少电阻的自加热效应；这种低工作电流产生的电压也较低，如表1所示。

表1 典型RTD偏置电压电平

由于RTD测量环境通常与接收信号的电子设备距离较远，因此使用差分测量来减少高模电压（high mode voltage）噪声所产生的误差。图1中的电路显示RTD电阻的测量接口，仪表放大器EL8173差分测量RTD电阻的输出信号，并将该信号放大后送入高分辨率的A/D转换芯片。A/D转换器的比例测量模式消除了因RTD激励电流变化引起的误差。

图1 A/D转换器的RTD接口

在图1所示的电路中，RTD激励电流由R1、R2及+5V电压共同产生，显然这个电流对高精度温度测量来说不够准确。但是，因为利用了比例测量，这个电流就可以接受了。

图2 RTD PT100 3线输入电路图

图3 简化电路图

在图3所示的简化电路中，对于A/D转换器而言，IEXT = VCC/(R1+RTD)，VRTD=IEXT*RTD，VOUT =Gain*IEXT*RTD，A/D转化输出为,

其中N 为分辨率

现在，A/D输出仅取决于EL8173的增益和R1的值，IEXT被A/D转换器的比例运算抵消。

此外，RTD的导线电阻也会产生误差。因此，RTD测量通常使用3线和4线配置，以减少导线电阻的影响。目前，最常见的配置是3线连接，并且有许多通用3线RTD可供选择。以下总结了RTD三种不同的测量连线方式。

即使采用了3线配置，仍然存在由线阻压降引起的误差。RTD电路采用上述方法，通过3线RTD提供4线精度，完全消除了线阻带来的影响。由线阻Rw产生的压降乘以与EL8173相同的增益，然后A/D转换器（U₅）的差分输入消除了线电阻Rw的影响。

图4 三种连线配置

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