基于ADS1220的三线PT100RTD温度测量模块

项目简介

基于ADS1220的三线PT100RTD温度测量模块。

项目功能

利用ADS1220内置的电流源对三线PT100进行测量和补偿，实现较高精度的温度测量。

项目参数

本设计采用三线PT100，进口德国贺利氏Pt100铂热电阻滚槽，1/3B级，精度0.01(PS:这点有待考证)；
本设计采用ADS1220，具有 PGA、VREF、SPI 和两个 IDAC 的 24 位 2kSPS 四通道低功耗 Δ-Σ ADC；

原理解析（硬件说明）

PT-100 RTD 信息
PT-100 RTD 是基于铂的RTD传感器。铂是一种贵金属，在宽广的温度范围内具有出色的性能。铂在常用的RTD材料中具有最高的电阻率，只需很少材料即可产生所需的电阻值。PT-100RTD在0°C时的阻抗为100Ω，温度每变化1°C，阻抗变化大约0.385Ω。在–200°C时阻抗为18.52Ω，在850°C时为390.481Ω。电阻值更高的传感器（如PT-1000或PT-5000）可用于提高灵敏度和分辨率。
表1显示了五个主要类别的RTD在100°C时的容差、初始精度和产生的误差。

表1.png

ADC RTD测量
ADS1220 器件集成了所有必需功能（如双匹配可编程电流源、缓冲参考输入和PGA）来简化比例式2线、3 线和4线RTD测量的实现。

图9.png
图9的电路采用了比例式测量方法。换句话说，传感器信号（RTD两端的电压）和ADC的参考电压来自同一个激励源。因此，温度漂移或噪声产生的误差可以抵消，因为这些误差对于传感器信号和参考电压而言是共同的误差。为了使用ADS1220器件实现比例式3线RTD测量，将IDAC1路由到RTD的其中一条激励引线，同时将IDAC2 路由到第二条激励引线。这两个电流的值相同，该值可通过配置寄存器的IDAC[2:0]位编程。ADS1220 器件的设计确保两个IDAC值紧密匹配，即使在温度范围内也是如此。两个电流合并流经低漂移参考电阻RREF。该参考电阻两端产生的电压VREF如公式4所示。由于IDAC1=IDAC2，因此随后使用公式5作为ADC参考电压。

公式4.png
公式6表示RTD的各个引线电阻值(RLEADx)为零的时刻。只有IDAC1激励RTD生成电压VRTD，该电压与依赖温度的RTD值和IDAC1值成比例。

公式6.png
ADS1220 器件内部使用PGA放大RTD两端的电压，并将生成的电压与参考电压进行比较以生成与公式7
和公式9成比例的数字输出代码。

公式7.png

公式9.png
如公式9所示，输出代码仅取决于RTD的值、PGA增益和参考电阻(RREF)，而不取决于IDAC1值。因此，激励电流的绝对精度和温度漂移无关紧要。但是，由于参考电阻的值直接影响测量结果，因此要限制RREF的温度漂移所引入的误差，选择温度系数非常低的参考电阻非常重要。
第二个IDAC2用于补偿RTD的引线电阻两端的电压降所引入的误差。3线RTD的全部三条引线通常长度相同，因此引线电阻也相同。此外，IDAC1和IDAC2的值也相同。因此，ADC输入AIN0和AIN1之间的差分电压(VIN)如公式10所示。