RTD 신호 컨디셔닝 - 4

이전에는 전압 및 전류 여기 RTD 측정을 위한 2선 및 3선 구성을 살펴보았습니다. 이 기사에서는 논의를 4선 구성으로 확장하고 RTD 응용 분야에서 널리 사용되는 비율계량 측정에 대해 자세히 설명합니다. 그 외에도 RC 입력 필터를 비율계량 구성에서 어떻게 사용할 수 있는지 살펴보고 일치된 입력 및 참조 경로 필터가 비율계량 구성의 잡음 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 알아봅니다.

아래 그림 1은 전류 구동 RTD를 위한 4선 배선 기술을 보여줍니다.

ADC(아날로그-디지털 변환기) 입력은 임피던스가 높기 때문에 여기 전류가 Rwire1, Rrtd 및 Rwire4를 통해 흐르게 됩니다. Rwire2와 Rwire3을 통해 전류가 흐르지 않으므로 이 두 저항기의 전압 강하가 없으며 ADC는 RTD 전압 Vrtd를 정확하게 측정할 수 있습니다.

3선 구성에서는 전선 저항 오류를 제거하기 위해 두 개의 일치하는 전류 소스가 필요하지만 4선 구성에서는 단일 전류 소스를 사용하여 이를 달성할 수 있습니다. 켈빈 감지라고도 하는 위의 방법은 저항성 전류 감지 애플리케이션과 같은 다른 많은 영역에서 사용되는 일반적인 저항 측정 기술입니다.

그림 2에 표시된 것처럼 4와이어 측정 개념은 전압 여기 RTD에도 적용될 수 있습니다.

다시 말해, Rwire2와 Rwire3 전체에 전압 강하가 없으며 ADC는 RTD Vrtd 전체의 전압을 정확하게 측정합니다. 전압 여기 시스템에서는 여기 전압 Vexc가 알려져 있습니다. 그러나 일부 알려지지 않은 전압도 Rwire1과 Rwire4에서 떨어지기 때문에 Vrtd와 Vexc를 알고 RTD 저항을 결정하는 것은 불가능합니다. 이 문제를 해결하기 위해 위 다이어그램의 노드 B와 같은 노드에서 추가 측정을 수행하여 센서를 통해 흐르는 전류를 파악할 수 있습니다. 이는 이전 기사에서 전압 여기 3선 구성을 논의할 때 사용한 방법과 유사합니다.

전류 여기에서는 센서를 통해 흐르는 전류 Iexc가 이미 알려져 있으므로 두 번째 측정이 필요하지 않습니다. 전류 여기 방법은 특히 와이어 저항 오류가 문제가 되는 경우 더욱 간단한 구현입니다.

RTD 전압은 여기 소스의 함수이므로 모든 RTD 측정 회로에는 정확하고 안정적인 여기 소스가 필요합니다. 예를 들어 그림 1의 회로도를 살펴보겠습니다. ADC에서 측정한 전압은 다음 방정식을 통해 RTD 저항과 관련됩니다.

\[V_{ADC}=R_{rtd}\times I_{exc}\]

여기 전류에 잡음이 많거나 온도 또는 시간에 따라 표류하는 경우 온도가 고정되어 있어도 RTD 전체의 전압이 변경됩니다. 높은 정확도를 유지하려면 설계자는 정밀 구성요소를 사용하여 Iexc의 변동을 최소화해야 합니다.

또는 비율계량 측정을 사용할 수도 있습니다. 여기 소스 변동을 최소화하는 대신, 비율계량 측정은 출력이 시스템의 다른 전류(또는 전압)에 대한 Iexc의 비율에 비례하도록 회로를 변경합니다.

출력 방정식이 다음과 같이 변경되는 방식으로 회로가 수정되었다고 가정해 보겠습니다.

\[V_{ADC}=R_{rtd}\times\frac{I_{exc}}{I_{x}}\]

여기서 Ix는 회로의 전류입니다. 또한 Iexc에서 둘 다 동일한 변동을 경험하는 방식으로 Ix를 도출하면 \(\frac{I_{exc}}{I_{x}}\) 비율이 일정하게 유지될 수 있습니다. 이로 인해 측정 시스템이 여기 소스 변화에 둔감해집니다.

다음 섹션에서는 비율계량 측정이 일반적으로 저렴하게 구현될 수 있음을 살펴보겠습니다. 이 저렴한 구현을 통해 우리는 비율계량 구성을 사용하여 정확도를 높이고 여기 전압이나 전류 소스와 같은 특정 구성 요소의 요구 사항을 완화할 수 있습니다.

그림 3은 4와이어 전류 구동 측정을 비율계량 구성으로 수정하는 방법을 보여줍니다.