Tuve que hacer más o menos esto en un trabajo anterior de RL, así que analizaré los problemas que puedo ver aquí y daré al menos una descripción general de lo que hicimos, aunque a) fue hace unos 20 años, así que mi la memoria podría estar en desacuerdo con la realidad, b) estaba en un sistema intrínsecamente seguro que agrega componentes adicionales para limitar la potencia disponible en condiciones de falla, yc) no era el diseñador original.
El circuito de nivel de bloque era una fuente de corriente conmutada (estable, razonablemente precisa pero no a la precisión requerida para la medición) que alimentaba el sensor PRT conectado a Kelvin y una resistencia de referencia de alta precisión (0.01%), con varios puntos alimentados a través de resistencias de protección y un multiplexor a un ADC integrador de doble pendiente de 24 bits. Esto proporcionó una precisión de 0.01C en el medio del rango, pero solo 0.02C (0.013C IIRC) en el extremo superior debido a las corrientes de fuga que actúan en las resistencias de protección, fijas en el extremo inferior como se indica a continuación. El uso de una resistencia de referencia y la medición radiométrica evita la necesidad de una fuente de corriente precisa y estable y relaja las restricciones en la referencia de ADC para que un componente comercial normal sea suficiente.
Supongo que el punto de medición está alejado de la electrónica (el sensor está al final de algún cable), porque de lo contrario, tendrá problemas importantes con la electrónica que está fuera de su rango de temperatura especificado (el rango industrial normal es -55 + 85C). Esto dicta bastante bien el uso de conexiones Kelvin (un PRT de 4 cables) para que la resistencia del cable pueda eliminarse de la medición: la corriente de excitación se envía por un par de cables y el voltaje se mide en el otro (donde los costos del cable son muy alto, puede usar 3 cables con longitudes equilibradas y compensar el cable común con más medidas y software). La medida básica es medir el voltaje a través del sensor y a través de la resistencia de referencia;
Cambiar la corriente de excitación evita el autocalentamiento al tiempo que permite un nivel de excitación lo suficientemente alto como para proporcionar niveles de señal razonables; puede elegir la corriente de excitación para que la resistencia más alta del circuito del sensor proporcione un voltaje cercano al rango completo pero aún en la región lineal, teniendo en cuenta la resistencia del sensor, la referencia, los cables de conexión, la variación de temperatura de estos, la variación de temperatura de la fuente de corriente, etc. Puede configurar la corriente de excitación mediante la salida DAC (un DAC real, no las líneas PWM) y utilizar el software para ajustar el nivel de la unidad a largo plazo para mantener la lectura más alta de ADC cerca del rango completo; esto evitaría pérdida de resolución a bajas temperaturas (temperatura PRT baja = resistencia baja = lectura ADC baja = menos bits por grado = precisión reducida).
El uso de un solo ADC evita problemas de (mala) coincidencia de los ADC que introducen errores inconmensurables; mi sistema tenía el ADC configurado como un solo extremo, pero es posible que una configuración de entrada diferencial simplifique las cosas, sin embargo, observe las corrientes de fuga y cómo varían con el modo común de entrada. Al usar un convertidor de doble pendiente, debe usar condensadores de polipropileno o polietileno en el circuito ADC para minimizar la absorción dieléctrica, estos son grandes y costosos (y también usan anillos de protección en la PCB y minimizan ciertas longitudes de trazas de PCB ya que el epoxi en FR4 tiene alta absorción dieléctrica). Un convertidor delta-sigma evita eso, pero presenta problemas con el tiempo de establecimiento en el cambio de la señal de entrada (deseche las primeras lecturas de N) que extiende el tiempo de medición y puede permitir que el autocalentamiento comience a afectar las lecturas o impida la lectura oportuna (por eso se eligió la pendiente doble, con los componentes disponibles en ese momento). Si hay un bloque de ganancia disponible en la entrada al ADC, vale la pena usarlo para permitir que se minimice la corriente de excitación, pero no intentes ser lindo cambiando la ganancia entre lecturas ya que las ganancias nunca son exactamente los valores nominales, por lo tanto, las lecturas de ADC tomadas con diferentes ganancias no son compatibles para este propósito.
Otra fuente perniciosa de error son las uniones no deseadas de termopares; incluso el estañado en alambres de cobre (o trazas de PCB) puede dar este efecto. Además de tratar de minimizar la cantidad de uniones metal-metal diferentes en la ruta de la señal, asegúrese de que las que no pueda evitar estén en pares equilibrados e isotérmicos para que se cancelen los efectos, y que la ruta de la señal se mantenga tan lejos como sea razonable de una corriente más alta huellas Tenga cuidado con los terrenos de su circuito; tener la tierra del lado de entrada del ADC (que puede usarse como referencia para la fuente de corriente de excitación) conectada en un solo punto a una tierra analógica (chip ADC y tierra del multiplexor de entrada), que está conectada en un solo punto al sistema (microprocesador etc) tierra que está conectada en un solo punto a la entrada de tierra de la fuente de alimentación. Otra fuente de error pueden ser las corrientes de fuga de entrada; Si tiene alguna resistencia significativa en serie con la entrada ADC (como la resistencia 'on' del multiplexor o un filtro de paso bajo) verifique que la caída de voltaje a través de esta resistencia a la corriente de fuga máxima sea lo suficientemente pequeña. Además, para esta precisión, deberá asegurarse de que haya una fuga muy baja a través del sensor y otras partes del sistema, como la resistencia de referencia; Cualquier cosa menor a aproximadamente 10M tendrá un efecto notable. como la resistencia de referencia; Cualquier cosa menor a aproximadamente 10M tendrá un efecto notable. como la resistencia de referencia; Cualquier cosa menor a aproximadamente 10M tendrá un efecto notable.
Al tomar una lectura, encienda la corriente de excitación, espere unos segundos para que se estabilice (recuerde que el cable del sensor tiene una capacidad inherente que debe cargarse a un estado estable), realice las conversiones de ADC en todos los canales en un tiempo fijo , luego vuelva a leer todo menos el último en orden inverso en el mismo tiempo; realice dos juegos más de lecturas si es necesario para calcular el autocalentamiento, luego apague la excitación. El tiempo nominal para el conjunto de lecturas es el de la lectura impar individual (para un convertidor de doble pendiente es el instante en que el condensador de muestreo y retención de entrada se desconecta de las entradas), y los pares de lecturas deben ser igual, pero si son diferentes, posiblemente debido al autocalentamiento, puede promediarlos para obtener una lectura equivalente en el momento nominal. Con un PRT de 4 hilos tiene la lectura PRT y la lectura de referencia, multiplique el valor de la resistencia de referencia por la relación de estos para obtener la resistencia PRT; para PRT de 3 hilos reste primero la lectura a través del cable de la lectura de PRT para compensar la línea común. Para leer varios PRT, puede encadenarlos en serie si la fuente actual cumple con el cumplimiento suficiente y tener el multiplexor de entrada con suficientes canales para seleccionar cualquiera de los sensores (o la resistencia de referencia), o multiplexar el variador; aún necesita una entrada amplia multiplexor, pero los requisitos de cumplimiento de la fuente actual son relajados.
Para convertir la resistencia PRT a la temperatura, podría intentar generar o buscar una fórmula, pero el sistema que utilicé las tablas de datos RT del fabricante e hice una interpolación cuadrática en los tres puntos de datos más cercanos; Esto permite un cambio más fácil de los sensores utilizados (simplemente coloque la nueva tabla) o la calibración individual mediante la sustitución de una tabla de valores medidos.
