Acondicionamiento de un voltaje usando corriente constante para un rango de ADC

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Deseo hacer un conjunto de mediciones de temperatura dentro de una caja relativamente inaccesible.

Las mediciones se pueden realizar utilizando sensores Pt100: detectores de temperatura de resistencia de platino (RTD) con una resistencia de \ $ 100 \ Omega \ $ at \ $ 0 ^ {\ circ} C \ $. El cambio en la resistencia sobre \ $ 80 ^ {\ circ} C \ $ es alrededor de \ $ 30 \ Omega \ $.

Quiero digitalizar este resultado dentro del cuadro. Actualmente estoy viendo microcontroladores como este STM32F373 modelo, que incluye (varios) 16- bit ADC.

Para minimizar el autocalentamiento en el RTD, quiero minimizar la corriente utilizada. Para hacer una medición precisa, parece que necesito una fuente de corriente constante. Wikipedia sugiere varios arreglos, al menos uno de los cuales se ofrece como respuesta a esta pregunta: Fuente de corriente de diodo Zener .

¿Cómo puedo organizar una corriente constante conocida, con solo una fuente de voltaje constante?

¿Debo construir un circuito similar a la pregunta 'Diodo Zener', separado de cualquier circuito cerca del microcontrolador, y luego simplemente pasar el sentido a la entrada analógica?

¿Existe un truco sencillo para precondicionar los voltajes para que estén dentro de un buen rango para el ADC? Aparentemente, una combinación de ganancia para escalar el rango para ajustarse a \ $ V_ {DD} = \ frac {30 \ Omega} {I_ {const}} \ $ junto con un desplazamiento constante de otro circuito sería apropiada, pero quizás esto sea justo porque soy increíblemente ignorante.

    
pregunta chrisb2244

3 respuestas

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En principio, hacer una fuente de corriente constante es muy fácil si tiene una fuente de voltaje de precisión. La base para acondicionar sus RTDs es

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

En este caso, la corriente se establece mediante R1 y es igual a V1 / R1. La salida del primer amplificador operacional es igual a los tiempos actuales del valor RTD, pero es negativa. Por lo tanto, el amplificador operacional 2 se usa para invertir la señal (suponiendo que desea un voltaje positivo para el ADC), y esta sección puede tener algo de ganancia asociada. R5 se utiliza para proporcionar un desplazamiento para compensar el hecho de que el RTD no produce una resistencia de cero en un extremo del rango útil.

Tendrás que tener cuidado con tus resistores. Si va a utilizar una unidad de platino y un ADC de 16 bits, esto sugiere que está intentando realizar mediciones muy precisas y precisas. Los coeficientes de temperatura en las resistencias pueden afectar negativamente esta precisión, pero puede obtener resistencias de baja deriva con tempco en el rango de 25 ppm / grado C.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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Utilizo esta fuente de corriente constante para medidores de tensión y RTD: -

ElmedidordetensiónoRTDseajustadondeestáelbloquellamado"salida de corriente".

Usted comienza con una fuente de voltaje constante decente (V +) y configura un voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional (llamado Vref). Esto se establece mediante R1 y R3.

El amplificador operacional luego intenta hacer que el voltaje en la entrada inversora sea igual al voltaje en la entrada no inversora. Para ello, impulsa el BJT hasta que la corriente a través de R2 produce un voltaje a través de R2 que es igual al voltaje a través de R1.

Entonces se regula la corriente a través de la carga; si la resistencia de la carga aumenta, el amplificador operacional impulsa el BJT un poco más fuerte hasta que el voltaje a través de R2 = el voltaje a través de R1.

Al ignorar la pequeña corriente que se toma a través de la base / emisor para activar el BJT, la corriente que fluye a través de R2 es la misma que la corriente en la carga y esta corriente está definida por el voltaje en R1.

Intente simularlo en LTSpice (o equivalente) y verá que es bastante efectivo y preciso. Si encuentra que la corriente muy pequeña extraída del emisor y tomada por la base es demasiado error (me refiero a un 0,2% de la experiencia), utilice un MOSFET de canal P en lugar de un BJT.

Tal vez si no sigue el circuito, considere esta versión NPN con la carga atada al riel positivo: -

    
respondido por el Andy aka
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Como se indica en las otras respuestas, puede crear su propia fuente de corriente constante, pero también hay IC designados disponibles para este propósito, como el REF200 de TI.

Debe elegir una corriente baja para excitar el RTD o, de lo contrario, las pérdidas \ $ I ^ 2R \ $ calentarán el sensor, lo que afectará sus mediciones. Con una baja corriente de excitación, se obtiene una baja caída de voltaje en el RTD. Para lograr una buena señal para su ADC, puede usar un amplificador de instrumentación para amplificar la caída de voltaje en el RTD.

Aquí hay un diseño de referencia de TI que muestra una versión ampliada de lo que describí. Cuenta con una conexión de tres cables y filtros de detalles en la entrada y salida del amplificador de instrumentación.

    
respondido por el Grebu

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