СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-8

ки питаются от источника постоянно го тока. Напряжение на термодатчике может быть измерено при помощи трёх или четырёхпроводного метода, по числу проводов, идущих параллель но от системы измерения к термодат чику. Поскольку термодатчики уста навливают далеко от системы измере ния, трёхпроводной метод обычно предпочитают из за стоимости прово да. На рисунке 3 приведена схема под ключения термодатчика для трёхпро водного измерения. Когда напряжение измеряют на первом канале (см. рис. 3), оно являет ся суммой напряжений на термодат чике и сопротивлении провода между токовым ЦАП и термодатчиком. Воз никающая из за сопротивления про вода погрешность может быть обра ботана несколькими способами. Од ним из них является измерение сопротивления провода вручную с последующим сохранением в качест ве константы. Это сопротивление мо жет быть учтено при каждом измере нии. Другим способом является изме рение падения напряжения между положительным выводом термодат чика и выводом выхода ЦАП. Если все провода имеют одинаковые парамет ры, они будут иметь одинаковое со противление, и напряжение, измерен ное на предыдущем этапе, может быть вычтено из напряжения, измеренного на датчике. Однако всё ещё может ос таваться некоторая погрешность, если провода не являются симметричны ми. Кроме того, этот метод задейству ет дополнительный вывод для под ключения выходного контакта ЦАП к входу АЦП. Для точных измерений четырёх проводная схема, приведённая на рисунке 4, является предпочтитель ной. И отрицательный, и положи тельный входы расположены близ ко к термометру сопротивления, тем самым устраняется погрешность, обусловленная сопротивлением про вода. При разработке сигнального тракта для термометра сопротивле ния входной импеданс тракта необ ходимо сделать очень высоким, что бы сохранить входной ток прене брежимо малым. Если АЦП имеет низкий входной импеданс, сигнал должен быть подан на буфер перед подключением к АЦП. Как упоминалось выше, в системе су ществует напряжение смещения, кото рое будет изменяться с температурой. Смещение, его дрейф с температурой и низкочастотный шум могут быть уда лены при помощи коррелированной двойной выборки (Correlated Double Sampling, CDS). С её помощью сначала измеряется эталонное смещения нуля (для этого оба входа закорачивают), и затем измеряется напряжение на дат чике. На рисунках 3 и 4 АЦПподключа ют к каналу 1, чтобы измерить сигнал эталонного нуля. Измеренное напря жение включает реальное напряжение термопары, напряжение смещения и шум (1). На рисунках 3 и 4 это являет ся напряжением, измеренным на ка нале 0: V R_Signal = V RTD + V N + V offset . (1) Выборка эталонного нуля представ лена выражением: V Zero_Ref = V N + V offset . (2) Предыдущая эталонная выборка ну ля по отношению к измерению эта лонного тока нуля представлена выра жением: V Zero_ref_Prev = ( V N + V offset ) Z –1 . (3) Тогда разность между измерением напряжения на датчике от прохожде ния тока и предыдущим сигналом эта лонного нуля можно представить вы ражениями: V signal = ( V RTD + V N + V offset ) – –( V N + V offset ) Z –1 , (4) V signal = V RTD – ( V N + V offset ) × × (1 – 1/ Z ). (5) Поскольку напряжение смещения достаточно постоянно для последова тельных выборок, выражение (5) све дётся к выражению: V signal = V RTD – V N (1 – 1/ Z ). (6) Используя билинейное преобразо вание, Z = (1 + sT /2)(1 – sT ), где Т = ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2011 ЦАП с выходом по напряжению + – АЦП Коммутатор Сопротивление датчика Эталонное сопротивление ЦАП с выходом по напряжению + – АЦП Коммутатор Сопротивление датчика Эталонное сопротивление ЦАП с токовым выходом + – АЦП Эталонное сопротивление Рис. 2. Схемы измерения сопротивления а) б) в) IDAC8 ADC_DelSig АЦП Аналоговый коммутатор RTD RTDPos DACCurrent Vss eoc 16!bit ЦАП с токовым выходом + – 0 1 ΔΣ Рис. 3. Трёхпроводное измерение термометра сопротивления IDAC8 ADC_DelSig АЦП Аналоговый коммутатор RTD RTDPos DACCurrent Vss eoc 16!bit ЦАП с токовым выходом + – 0 1 RTDNeg ΔΣ Рис. 4. Четырёхпроводное измерение термометра сопротивления © СТА-ПРЕСС