我最近發(fā)表了一種有關于鉑電阻檢測器(PRTD)4至20mA發(fā)射器電路的簡單設計，如圖1所示。
圖1：PRTD 4至20mA環(huán)路發(fā)射器，采用恒定電流PRTD激勵，依賴于二階軟件非線性校正數(shù)學模型，T℃=(-u+(u2–4wx)1/2)/(2w)。
然而，圖1電路的簡潔性在一定程度上受到了削弱，因為它需要在軟件中進行PRTD非線性校正：
u和w常數(shù)，且x=RPRTD@0℃–RPRTD@0°T
T℃=(-u+(u2–4wx)1/2)/(2w)
遺憾的是，在小型系統(tǒng)中實現(xiàn)這種二次浮點運算可能會在代碼復雜性、程序內(nèi)存需求和處理時間方面都將付出高昂代價。
但值得慶幸的是，存在一種既酷炫又巧妙、精度相當、代碼量輕且(相對)簡單的替代(模擬)解決方案。著名設計師Jim Williams(還能是誰？)在文章“設計筆記45：鉑溫度傳感器的信號調(diào)理”中對此進行了解釋。
圖2毫不客氣地完全摘自William的文章，展示了他針對PRTD非線性問題的模擬解決方案。
圖2：鉑RTD電橋，其中A3向電橋的反饋使電路線性化。來源：Jim Williams
Williams解釋說：“非線性可能會在電路0°C至400°C的工作范圍內(nèi)引起幾度的誤差。電橋的輸出饋送到儀表放大器A3，該放大器可提供差分增益，同時提供非線性校正。校正是通過將A3的一部分輸出經(jīng)10k至250k的分壓器反饋到A1的輸入來實現(xiàn)的。這會導致提供給Rp的電流隨其工作點略微偏移，從而將傳感器非線性補償?shù)健?.05°C以內(nèi)?！?/span>
圖3顯示了William的基本構想與圖1的電流發(fā)射器概念的融合方案。
圖3：基于經(jīng)典LM10運算放大器加200mV精密參考組合的PRTD發(fā)射器。
R5在-130°C至+380°C的溫度范圍內(nèi)為傳感器激勵提供PRTD線性化正反饋。
此處，線性校正信號通過R5傳送至LM10內(nèi)部電壓基準，并在那里反轉(zhuǎn)為正反饋。由此產(chǎn)生的“工作點輕微偏移”(在整個溫度范圍內(nèi)約為4%)與William的基本思路一致，從而實現(xiàn)了圖4所示的測量線性度。
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圖4：正反饋將-127℃至+380℃范圍內(nèi)的線性誤差降低至±0.05℃以下。x軸=Io(mA)，左側(cè)y軸=PRTD溫度，右側(cè)y軸=線性誤差。T℃=31.7(Io–8mA)。
當然，要持續(xù)地達到這種ppm級的精度和線性度，可能需要像William所描述的那樣進行迭代校準過程。圖5顯示了基于圖3的修改電路，其中包含三個額外的微調(diào)，以便使用他的程序進行組裝后調(diào)整。
圖5：使用他的程序修改后的線性化溫度變送器，用于組裝后的調(diào)整。
在選定的校準點用選定的精密電阻代替PRTD，是實現(xiàn)循環(huán)校準流程的關鍵。不幸的是，像William描述的這種超精密十進制電阻盒也極其稀缺。因此，圖5中建議使用三個合適的標準值電阻，以及相應的模擬溫度和4-20mA環(huán)路電流。它們是：
51.7Ω=-121℃=4.183mA
100Ω=0℃=8.000mA
237Ω=371℃=19.70mA
祝您用的愉快！
哦，還有，為了避免Q1過熱，如果Vloop>15V，理想情況下它應該采用TO-220或類似的封裝。
