PT100是當前應用最為廣泛的測溫方案，各位工程師在應用此方案時(shí)是否會(huì )遇到這樣的問(wèn)題：

 

為什么PT100測溫電路會(huì )存在周期性小波動(dòng)？該如何解決？

 

其實(shí)出現這樣的現象主要可能是存在如下幾個(gè)原因：

 

● 50Hz工頻電磁場(chǎng)的影響；

● 周?chē)姍C或者繼電器等開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成的群脈沖干擾；

● 傳導進(jìn)去系統的工頻共模干擾。

 

圖1 工頻電磁場(chǎng)波形

 

由于是測量電路存在周期性波動(dòng)，那工頻電磁場(chǎng)擾動(dòng)的可能性更大，用示波器觀(guān)測工頻電磁場(chǎng)波形如圖1，一般認為50Hz工頻電磁場(chǎng)干擾是由兩方面原因產(chǎn)生：

 

● 50Hz工頻干擾通過(guò)傳導進(jìn)入系統；

● 50Hz工頻干擾通過(guò)空間耦合進(jìn)入系統。

 

針對上述問(wèn)題，消除50Hz工頻電磁場(chǎng)干擾的方法也相對明確，有下述四種方案可供電路設計者去參考：

 

● 利用電氣隔離，阻斷工頻干擾的傳導路徑；

● 敏感電路處搭建共模抑制和濾波電路，濾除進(jìn)入輸入通道的工頻擾動(dòng)；

● 軟件中構建IIR陷波或者FIR帶阻數字濾波器，消除工頻干擾對測量結果的影響；

● 降低測量引線(xiàn)回路面積，增加屏蔽，減弱空間耦合效應。

 

ZLG推出一款雙通道熱電阻隔離測溫模塊TPS02R，轉為敏感電路而設計，充分考慮50Hz工頻干擾，如圖2，我司采用多種方案抑制工頻干擾，使得TPS02R模塊分辨率可達0.01℃，且可以長(cháng)時(shí)間穩定運行。

 

圖2 TPS02R系統方案

 

如上圖系統方案所示，針對50Hz工頻干擾，在“基準緩沖電路”中，采用硬件濾波電路，降低50Hz工頻對ADC芯片基準電壓的影響。如圖3，本質(zhì)上是一個(gè)電壓跟隨緩沖電路結合低通濾波器，R1C1針對50Hz濾波，R2R3C2C3針對50Hz高次諧波的過(guò)濾。

 

圖3 緩沖濾波電路

 

具體-3dB頻率響應計算如式1

 

 

ADC芯片內部PGA采用儀表放大器結構大幅度衰減共模工頻干擾，且內置數字處理器，對輸入信號進(jìn)行數字濾波處理，其中數字濾波算法頻率響應如圖4所示，數字濾波算法的陷波點(diǎn)在10Hz、20Hz、40Hz、80Hz頻率的整數倍處響應，所以選擇10Hz頻率的輸出，可以一定程度的衰減50Hz工頻擾動(dòng)。

     

圖4 數字濾波器頻率響應

 

結合電氣隔離方案從源頭處防止50Hz工頻從電源處傳導進(jìn)入系統影響敏感信號采集端。模塊采用四層板布局，大面積敷銅接地，讓地阻抗降到極低，系統的信號回路盡可能縮短，從而抑制50Hz工頻干擾的產(chǎn)生。

 

上述四種方案均運用在我司高精度測溫模塊TPS02R上，對于50Hz工頻電磁場(chǎng)干擾，TPS02R有很強的適應性，現將我司TPS02R與一款RTD非隔離測量方案做對比：

 

圖5 相關(guān)產(chǎn)品實(shí)測數據

                        

如圖5，在相同環(huán)境下，利用福祿克5520A源表模擬RTD測試相關(guān)產(chǎn)品，模擬溫度為0℃，測量145次，統計相關(guān)數據。測試使用PC的USB接口供電，因此與5520A源表之間存在常見(jiàn)的50Hz工頻干擾信號。圖5的測試數據之中，非隔離RTD測量方案存在一定的波動(dòng)，波動(dòng)范圍在[-0.44，0.44]℃，而TPS02R測量的波動(dòng)范圍在[0.046,0.072]℃，受50Hz工頻電磁場(chǎng)影響非常小，用以驗證以上抗50Hz工頻電磁場(chǎng)影響的設計有效性。在供電情況復雜或存在不確定性的應用環(huán)境中，使用內置電氣隔離的TPS02R模塊，可以方便、穩定地實(shí)現PT100溫度測量。

 

圖6 TPS02R產(chǎn)品圖片

 

 

推薦閱讀：