Eu tive que fazer isso praticamente em um trabalho anterior na RL, então vou abordar as questões que posso ver aqui e dar pelo menos uma descrição resumida do que fizemos, embora a) isso tenha sido há cerca de 20 anos, então minha a memória pode estar em desacordo com a realidade, b) estava em um sistema intrinsecamente seguro que adiciona componentes extras para limitar a energia disponível em condições de falha ec) eu não era o projetista original.
O circuito em nível de bloco era uma fonte de corrente comutada (estável, razoavelmente precisa, mas não com a precisão necessária para a medição) alimentando o sensor PRT conectado à Kelvin e um resistor de referência de alta precisão (0,01%), com vários pontos alimentados por resistores de proteção e um multiplexador para um ADC de inclinação dupla de 24 bits. Isso deu uma precisão de 0,01C no meio da faixa, mas apenas 0,02C (0,013C IIRC) na extremidade alta por causa das correntes de vazamento que atuam nos resistores de proteção, extremidade inferior fixável como observado abaixo. O uso de um resistor de referência e a medição ratiometricamente evitam a necessidade de uma fonte de corrente precisa e estável e relaxam as restrições na referência ADC para que um componente comercial normal seja suficiente.
Presumo que o ponto de medição esteja distante da eletrônica (o sensor está no final de um cabo), porque, caso contrário, você terá grandes problemas com a eletrônica fora da faixa de temperatura especificada (a faixa industrial normal é -55 + 85C). Isso determina muito bem o uso de conexões Kelvin (um PRT de 4 fios) para que a resistência do cabo possa ser eliminada da medição - a corrente de excitação é enviada por um par de fios e a tensão é medida por outro (onde os custos do cabo são altos) muito alto, você pode usar 3 fios com comprimentos balanceados e compensar o fio comum com mais algumas medições e software). A medição básica é medir a tensão no sensor e no resistor de referência;
Mudar a corrente de excitação evita o auto-aquecimento, permitindo um nível de excitação alto o suficiente para fornecer níveis razoáveis de sinal; você pode escolher a corrente de excitação para que a resistência mais alta do circuito do sensor ofereça uma tensão próxima à faixa completa, mas ainda na região linear, levando em consideração a resistência do sensor, referência, cabos de conexão, variação de temperatura destes, variação de temperatura a fonte atual etc. Você pode definir a corrente de excitação pela saída DAC (um DAC real, não as linhas PWM) e usar o software para ajustar o nível do inversor a longo prazo para manter a leitura mais alta do ADC perto da faixa total - isso evitaria perda de resolução em baixas temperaturas (baixa temperatura PRT = baixa resistência = baixa leitura ADC = menos bits por grau = menor precisão).
O uso de um único ADC evita problemas de (descompasso) dos ADCs, introduzindo erros incomensuráveis; meu sistema tinha o ADC configurado como de extremidade única, mas você pode achar que uma configuração de entrada diferencial simplifica os assuntos, mas observe as correntes de vazamento e como elas variam com o modo comum de entrada. Usando um conversor de inclinação dupla, você precisa usar capacitores de polipropileno ou polietileno no circuito ADC para minimizar a absorção dielétrica, estes são grandes e caros (e também usam anéis de proteção na PCB e minimizam certos comprimentos de traço da PCB, pois o epóxi no FR4 possui alta absorção dielétrica). Um conversor delta-sigma evita que, mas introduza problemas com o tempo de acomodação na alteração do sinal de entrada (descarte as primeiras N leituras), o que estende o tempo de medição e pode permitir que o auto-aquecimento comece a afetar as leituras ou impedir a leitura oportuna (é por isso que a inclinação dupla foi escolhida, com os componentes disponíveis na época). Se houver um bloco de ganho disponível na entrada do ADC, vale a pena usá-lo para permitir que a corrente de excitação seja minimizada, mas não tente ficar engraçado alterando o ganho entre as leituras, pois os ganhos nunca são exatamente os valores nominais, portanto, as leituras da ADC obtidas com ganhos diferentes não são compatíveis com esse objetivo.
Outra fonte perniciosa de erro são junções involuntárias de termopares; até o revestimento de estanho em fios de cobre (ou traços de PCB) pode dar esse efeito. Além de tentar minimizar o número de juntas metal-metal diferentes no caminho do sinal, assegure-se de que qualquer um que você não possa evitar esteja em pares equilibrados e isotérmicos, para que todos os efeitos sejam cancelados, e que o caminho do sinal seja mantido o mais distante possível da corrente mais alta vestígios. Cuidado com o aterramento do seu circuito; ter o terra do lado de entrada do ADC (que pode ser usado como referência para a fonte de corrente de excitação) conectado em apenas um ponto a um terra analógico (terra do chip ADC e do multiplexador de entrada), que é conectado em apenas um ponto ao sistema (microprocessador etc) terra que está conectado em apenas um ponto à entrada de terra da fonte de alimentação. Outra fonte de erro pode ser a entrada de correntes de fuga; se você tiver alguma resistência significativa em série com a entrada ADC (como a resistência 'on' do multiplexador ou um filtro passa-baixo), verifique se a queda de tensão nessa resistência na corrente máxima de fuga é suficientemente pequena. Além disso, para essa precisão, você precisará garantir que haja muito baixo vazamento no sensor e em outras partes do sistema, como o resistor de referência; qualquer coisa menor que 10 milhões terá um efeito perceptível. como o resistor de referência; qualquer coisa menor que 10 milhões terá um efeito perceptível. como o resistor de referência; qualquer coisa menor que 10 milhões terá um efeito perceptível.
Ao fazer uma leitura, ligue a corrente de excitação, aguarde um pouco mais para que ela se estabilize (lembre-se de que o cabo do sensor possui capacitância inerente que deve ser carregada para um estado estável), faça as conversões ADC em todos os canais em um tempo fixo , em seguida, leia novamente todos, exceto o último, na ordem inversa no mesmo momento; execute mais dois conjuntos de leituras, se necessário, para calcular qualquer autoaquecimento e, em seguida, desligue a excitação. O tempo nominal para o conjunto de leituras é o da leitura ímpar singular (para um conversor de inclinação dupla é o instante em que o capacitor de amostra e retenção de entrada é desconectado das entradas), e os pares de leituras devem ser os mesmo, mas se forem diferentes, possivelmente devido ao auto-aquecimento, você pode calculá-los para obter uma leitura equivalente no tempo nominal. Com um PRT de 4 fios, você tem a leitura do PRT e a leitura de referência, multiplique o valor do resistor de referência pela razão entre eles para obter a resistência do PRT; para o PRT de 3 fios, subtraia a leitura do fio da unidade da leitura do PRT primeiro para compensar a linha comum. Para ler vários PRTs, você pode agrupá-los em série se a fonte atual tiver conformidade suficiente e possuir o multiplexador de entrada com canais suficientes para selecionar qualquer um dos sensores (ou o resistor de referência) ou multiplexar o inversor - você ainda precisa de uma entrada ampla multiplexador, mas os requisitos atuais de conformidade da fonte são flexíveis.
Para converter a resistência do PRT à temperatura, você pode tentar gerar ou procurar uma fórmula, mas o sistema em que eu havia usado as tabelas de dados RT do fabricante e fazia interpolação quadrática nos três pontos de dados mais próximos; isso permite uma mudança mais fácil dos sensores usados (basta colocar a nova tabela) ou calibração individual, substituindo uma tabela de valores medidos.
