【RTD】AD7793三线式铂电阻PT100/PT1000应用

2023-05-16

文章目录

  • 1 AD7793简介
  • 2 AD7793 三线式铂电阻测量
    • 2.1 阻值计算
  • 3 小结


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1 AD7793简介

  AD7793是一款经典的RTD驱动芯片。该芯片最大的特点是高度集成化,集成了仪表放大器、恒流源、基准源、ADC等RTD测量所需的关键性器件。使用AD7793可以快速、精准地驱动PT100、PT1000等一类铂电阻,避免使用分立元器件搭建检测电路带来的误差和繁琐工作。AD7793同时还支持两线式、三线式、四线式RTD测量。


在这里插入图片描述

AD7793功能框图

  具体细分来说,AD7793具备的功能和特性包括:

  • 集成低噪声仪器仪表放大器,支持软件配置增益
  • 最多支持3路差分输入
  • 可软件配置的2两路恒流源输出,支持三线式、四线式RTD
  • 集成基准源,无需额外单独基准源,供电要求宽
  • 24位 Σ-Δ ADC,精度满足甚至超出各类场合
  • 数字spi接口与微控制器连接

  AD7793除了RTD应用外,还适用于各类测量场合:

  • 热电偶测量
  • 热敏电阻测量
  • 仪器仪表检测
  • 血液分析仪
  • 液相、气相色谱仪

  AD7793优势很明显,唯一的缺点就是价格贵!而且,AD7793出来也有一定年限,可能面临停产;可以考虑使用ADI AD7124、美信MAX31865替代,使用方式上也是大同小异,参考AD7793使用方法即可。


2 AD7793 三线式铂电阻测量

  三线式铂电阻与AD7793连接图如下。


在这里插入图片描述

三线式铂电阻原理图

  简要分析:

  • 使用恒流源【IOUT1】和【IOUT2】分别连接至RTD导线1和导线2
  • 【IOUT1】和【IOUT2】匹配,如果导线长度、材料相同,则可以消除检测端【AIN1(+)】和【AIN1(-)】导线带来的误差
  • 导线3用作导流
  • 【Re】为低温漂、精密电阻,其产生的压差用作ADC参考源;该电阻的精度直接决定测量精度

2.1 阻值计算

  从AD7793数据手册,获得 AD值与电压值计算公式:

ADC为单极性工作模式:
C o d e = 2 N × A I N × G A I N V r e f Code = \frac { 2^N \times AIN \times GAIN} {Vref} Code=Vref2N×AIN×GAIN
ADC为双极性工作模式:
C o d e = 2 N – 1 × [ A I N × G A I N V r e f + 1 ] Code = 2^{N – 1} \times [\frac {AIN \times GAIN} {Vref} +1] Code=2N1×[VrefAIN×GAIN+1]

  • Code,AD编码值
  • N,ADC位数,AD7793为24
  • AIN,待测量的电压值
  • GAIN,增益大小,可以配置为1~128
  • Vref,ADC参考源,【REFIN(+)】和【REFIN(-)】两端电压值

  对于单极性模式,上图中三线RTD测量计算结果为:

A I N = C o d e × V r e f 2 N × G A I N AIN = \frac {Code \times Vref}{2^N \times GAIN} AIN=2N×GAINCode×Vref

V r e f = 2 × I × R e f Vref = 2 \times I \times Ref Vref=2×I×Ref

A I N = C o d e × 2 × I × R e f 2 N × G A I N AIN = \frac {Code \times 2 \times I \times Ref} {2^N \times GAIN} AIN=2N×GAINCode×2×I×Ref

A I N = R p t × I AIN = Rpt \times I AIN=Rpt×I

R p t = A I N I = 2 × C o d e × R e f 2 N × G A I N Rpt = \frac {AIN} {I} = \frac{2 \times Code \times Ref} {2^N \times GAIN} Rpt=IAIN=2N×GAIN2×Code×Ref


  对于双极性模式,上图中三线RTD测量计算结果为:

C o d e = 2 N – 1 × [ A I N × G A I N V r e f + 1 ] Code = 2^{N – 1} \times [\frac{AIN \times GAIN} {Vref} + 1] Code=2N1×[VrefAIN×GAIN+1]

V r e f = 2 × I × R e f Vref = 2 \times I \times Ref Vref=2×I×Ref

A I N = ( C o d e − 2 N − 1 ) × V e r f 2 N − 1 × G A I N AIN = \frac {(Code-2^{N-1}) \times Verf} {2^{N-1} \times GAIN} AIN=2N1×GAIN(Code2N1)×Verf

A I N = R p t × I AIN = Rpt \times I AIN=Rpt×I

R p t = A I N I = 2 × ( C o d e 2 N − 1 − 1 ) × R e f G A I N Rpt =\frac {AIN} {I} = \frac {2 \times (\frac {Code} {2^{N-1}} -1) \times Ref} {GAIN} Rpt=IAIN=GAIN2×(2N1Code1)×Ref


Vref作为ADC参考源的好处:

1、节省一个独立参考源

2、与RTD共用恒流源,与RTD的压降成比例,即使恒流源有波动,也不会引入误差,设计非常巧妙


3 小结

  实现精准测量,AD7793电路设计和PCB布局上有一定的要求,这一块可以参考AD7793数据手册和ADI官网相关设计资料。

  • 电源,必须使用线性电源;如果可以,将模拟电源和数字电源独立
  • PCB布局
  • Ref电阻,必须使用低温漂、高精度电阻
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