資料介紹
在中,我解釋了如何通過使用公式1將ADC的輸出代碼乘以最低有效位(LSB)大小來計算模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入電壓:
為計算ADC的LSB大小,我們使用公式2:
現(xiàn)在,您已經(jīng)知道如何從輸出代碼中計算輸入電壓,我們來看幾個常見的應(yīng)用示例,它們使用Δ-ΣADC來顯示如何從測量電壓計算相關(guān)的物理參數(shù)。通過每個示例,我提供了相關(guān)TI Designs參考設(shè)計的鏈接,您可以在其中獲得額外的設(shè)計幫助。
電流分流測量
ADC測量電壓;因此,您必須先將電流轉(zhuǎn)換成電壓。最簡單的方法是強制電流通過具有已知值的電阻,如圖1所示。
圖1:電流分流測量
電流和電壓之間的關(guān)系由歐姆定律(V = I?R)給出。要獲取當前幅度I,請將ADC上測得的電壓乘以電阻VR,并將其除以電阻R,如公式3所示:
確保電流測量的準確性需要精確穩(wěn)定的分流電阻。其他設(shè)計考慮可在汽車車載充電器系統(tǒng)(TIDA-00456)的TI Designs電壓和電流測量參考設(shè)計中找到。
RTD溫度測量
電阻溫度檢測器(RTD)是具有溫度依賴性電阻的溫度傳感器。ADC間接測量RTD電阻并推斷RTD溫度。測量配置與圖1相似,只是已知的勵磁電流IExcite被強制流經(jīng)電阻器,以產(chǎn)生電壓。該電流也可以產(chǎn)生ADC的參考電壓,使其測量成比例,如圖2所示。
圖2:成比例RTD測量
為了計算RTD電阻,RRTD,將測量電壓VRTD除以激勵電流IExcite,如公式4所示:
電流源的精度通常會影響電阻測量的精度;但通過使用圖2所示的比例配置,您可以消除此依賴關(guān)系。注意LSB大小如何與激勵電流成比例,如等式5所示:
將等式5代入等式4導(dǎo)致不依賴于激勵電流的幅度的比例關(guān)系,如等式6所示:
現(xiàn)在測量的精度主要取決于參考電阻的穩(wěn)定性,這通常比勵磁電流的穩(wěn)定性更佳。該配置稱為比例計算,因為ADC的輸出代碼與RTD和參考電阻的比例成比例。
RTD電阻已知,但您仍然必須確定RTD的溫度。等式7使用Callendar-Van Dusen方程來指定溫度和RTD電阻之間的關(guān)系:
式中,T是RTD溫度;A、B和C是由RTD類型給出的標準多項式系數(shù);R0是0℃時RTD的標稱電阻。請注意,對于0℃以上的溫度,您可以簡化公式7直接求解溫度,如公式8所示:
在僅使用較小溫度范圍的情況下,進行線性近似以簡化溫度計算?;蛘?,您可以使用軟件參考查找表將RTD電阻轉(zhuǎn)換為溫度,而無需求解多項式方程。
使用查找表進行RTD測量的示例可在TI Designs RTD溫度變送器中找到,用于2線、4至20 mA電流環(huán)系參考設(shè)計(TIDA-00095)。
熱電偶溫度測量
熱電偶是一個溫度傳感器,可產(chǎn)生與兩個接頭之間的溫差成正比的溫度相關(guān)電壓輸出:感測/熱接點和參考/冷接點。ADC測量該電壓并將其轉(zhuǎn)換為相對溫度(溫差),如圖3所示。
圖3:熱電偶測量
為了確定感應(yīng)接頭處的絕對溫度,TSense將相對溫度加到參考結(jié)溫度TRef,必須通過控制其溫度或通過其他方法測量溫度來獲知。一旦ADC測量了輸入電壓,使用多項式方程計算出熱電偶的絕對溫度,如公式9所示:
系數(shù)c0,c1,c2,...,cN是特定于熱電偶類型和相關(guān)溫度范圍的標準多項式系數(shù)。在許多情況下,使用查找表比求解方程9更方便,這可能具有極高階。
使用熱電偶測量查找表的示例可在使用RTD或集成溫度傳感器進行冷端補償(CJC)的TI Designs熱電偶AFE參考設(shè)計(TIDA-00168)中找到。
稱重傳感器測量
稱重傳感器由橋式結(jié)構(gòu)的電阻組合組成,其中一些元件(應(yīng)變計)基于所施加的負載(或重量)在電阻上存在變化,如圖4所示。
圖4:稱重傳感器測量
電阻橋提供與激勵電壓和施加負載成比例的輸出電壓。即使施加的負載改變了應(yīng)變計的電阻,由于施加的負載和輸出電壓之間存在非常線性關(guān)系,所以不需要測量電阻,如等式10所示:
式中,外施載荷(kg)是稱重傳感器上的重量;負載能力(kg)是稱重傳感器的額定重量容量;VExcite(V)是施加到稱重傳感器的激勵電壓;而靈敏度(mV/V)(額定輸出)是由稱重傳感器制造商給出的指定參數(shù),其指示稱重傳感器在具有1V激勵電壓的全容量時的輸出電壓。
注意,激勵電壓的變化對測量結(jié)果有直接的影響;因此,通常使用激勵電壓作為參考電壓,使測量成比例,與激勵電壓無關(guān)。當參考電壓等于激勵電壓時,使用公式11計算重量:
其他設(shè)計考慮和改進稱重精度的技巧可在TI Designs高分辨率、低漂移、具有交流電橋激勵()的精密稱重參考設(shè)計中找到
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(mbbeetchina)
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