如何使用delta-sigma模数转换器实现铂电阻温度检测器（PRTD）高性能

许多现代工业，医疗和商业应用要求在扩展的温度范围内进行温度测量，其精度为±0.3°C或更高，并且以合理的成本执行并且通常功耗很低。本文介绍了铂电阻温度检测器（PRTD）如何与可解决非线性问题的现代处理器一起使用时，如何在-200°C至+ 850°C的宽温度范围内进行测量，其绝对精度和重复性优于±0.3°C。数学方程式快速且经济高效。

简介
每个电子设备都必须经受不同的测试，以确定其预期性能。这是允许该设备在市场上发布之前的必要步骤。要进行的一项重要测试是温度测量，以识别产品有效工作的温度范围。更重要的是，已知最高和最低工作温度。

本文介绍了如何使用由delta-sigma模数转换器（ADC）和ADC组成的数据采集系统（DAS）来实现铂电阻温度检测器（PRTD）的高性能，高精度，宽范围的温度测量。现代处理器。该DAS具有高性能，但具有成本效益。

本文介绍的开发DAS可快速解决设计和数学难题，并在PRTD的最大范围（-200°C至+ 850°C）内实现精确的温度测量。

铂电阻温度检测器或PRTD是绝对温度传感设备，可确保在-200°C至+ 850°C的温度范围内重复测量。此外，铂非常稳定，不受腐蚀或氧化的影响。因此，PRTD为需要精确温度测量的精密工业和医疗应用提供了最佳性能。

PRTD几乎是线性设备。根据温度范围和其他条件，您可以通过计算-20°C至+ 100°C的温度范围内的PRTD电阻变化来进行线性近似.1对于较宽的温度范围（-200°C至+850但是，为了达到更高的精度，温度测量PRTD标准（EN 60751：2008）通过称为Callendar-Van Dusen方程的非线性数学模型定义了铂电阻与温度的关系。

几年前，这种算法的实现可能在DAS设计中提出技术和成本方面的限制。当今的现代处理器，例如MAXQ2000和价格适中的PC，可以快速，经济高效地解决这些挑战，同时为用户提供友好的图形显示。

Callendar-Van Dusen方程可用于这种现代DAS中，以将-200°C至+ 850°C宽动态范围的误差降低到可以忽略的水平。精度将达到±0.3°C或更高。

设计示例DAS
本文讨论的DAS在PRTD线性温度范围-20°C至+ 100°C范围内提供了高分辨率，低噪声的测量。无需执行Callendar-Van Dusen方程，其精度为±0.15％。通过使用PRTD1000（PTS1206-1000Ω），这是一种非常常见的铂RTD，既具有尺寸又具有成本效益，因此在给定范围内可获得优于±0.05°C的温度分辨率。

这种简单的DAS使用MAX11200 24位delta-sigma ADC进行数据转换，并使用低功耗，经济高效的MAXQ2000处理器2进行数据采集。DAS在PC中实现线性化算法。也可以使用任何其他有能力的处理器，控制器或DSP。

PTD1206-1000Ω等PRTD器件在-55°C至+ 155°C的温度范围内是一个有吸引力的选择，因为它们具有标准的表面贴装器件（SMD）尺寸，与表面贴装电阻器封装和价格在较低的一美元范围内。对于-50°C至+ 500°C的温度范围，薄膜PRTD是一种经济实用的选择。3薄膜PRTD由沉积在陶瓷基板上的薄膜铂和玻璃涂层的铂元素组成。电阻和温度偏差可控制在±0.06％和±0.15°C之内，其公差符合EN 60751的A级。对于在液体或腐蚀性环境中进行高温测量，通常将薄膜PRTD放置在保护装置内。探测。

图1是显示为本文开发的精密DAS的简化示意图。它使用MAX11200 ADC的评估板（EV）。MAX11200的GPIO1引脚设置为输出，以控制继电器校准开关，该继电器选择固定的RCAL电阻或PRTD。这种多功能性提高了系统精度，将所需的计算减少到RA和RT的初始值，并且同时提供了出色的系统诊断功能。

处理数据

MAXQ2000-RAX微控制器上的固件管理以下主要功能，如图2所示：

1.初始化MAX11200 ADC

2.收集并处理ADC的输出数据

3.保持与PC的USB接口

初始化期间，MAX11200 ADC进行自校准过程，设置最佳采样率（10sps或15sps），并启用输入信号缓冲器。采样率的选择对于工业和医疗应用中的温度测量非常重要。该DAS能够以出色的（100dB或更高）电源线50Hz / 60Hz抑制率进行合理的快速数据采集。推荐的用于60Hz线频抑制的外部时钟为2.4576MHz，这对于1、2.5、5、10和15sps的数据速率有效。对于50Hz的线频抑制，推荐的外部时钟为2.048MHz，这对于0.83、2.08、4.17、8.33和12.5sps的数据速率有效。

输入信号缓冲器的使用将输入阻抗增加到高兆欧范围。由于实际上消除了输入动态电流的分流效应，因此提高了测量精度。

固件还使用MAX3420E USB接口，因此在PC端不需要驱动程序软件。通过USB将DAS连接到PC后，MAX3420E USB模块将初始化，并准备好传输ADC温度转换。

结论

近年来，PRTD成为各种精密温度感测应用的理想器件，在-200°C至+ 850°C的温度范围内，绝对精度和可重复性至关重要。如果要直接连接ADC和PRTD，则这些应用需要低噪声ADC。PRTD和ADC共同提供了一个温度测量系统，非常适合便携式传感应用。这种组合提供了高性能，但具有成本效益。

为了准确地测量最大PRTD范围（-200°C至+ 850°C）中的温度，必须执行称为Callendar-Van Dusen方程（EN 60751：2008）的非线性数学算法。但是仅仅几年前，实施这些算法在DAS系统设计中就出现了技术和成本方面的限制。当今的现代处理器（如MAXQ2000）与价格合理的PC结合在一起，可以快速，经济高效地解决这些挑战。

编辑：hfy