Иногда необходимо измерить разность температур между двумя точками в системе с большей точностью, чем требуется при измерении абсолютной температуры в каждой из этих точек. Измерение разности температур необходимо, например, при мониторинге потребления энергии на отопление в квартире. Горячая вода поступает по одной трубе, проходит по квартире через радиаторы и выходит по второй трубе. Расчет стоимости энергии зависит от разности температур между входной и выходной трубами, поэтому абсолютная температура не имеет значения. Один из способов измерения – прикрепить резистивный датчик температуры (RTD) к каждой трубе на входе или выходе из квартиры и измерить разницу напряжений между двумя терморезисторами. Чтобы гарантировать, что измерения действительно относительные, необходимо соединить терморезисторы последовательно и возбуждать их общим током I_S от одного источника (Рисунок 1). Тот же ток возбуждения протекает через опорный резистор R_REF и создает опорное напряжение для АЦП. Таким образом, вся схема является логометрической. Поэтому для правильной работы схемы не требуется, чтобы опорный резистор и источник протекающего через него тока имели высокую термостабильность. Схема также устойчива к омическим падениям напряжения на соединительных проводах при трехпроводном подключении RTD.

Рисунок 1.	Эта логометрическая система измерения дифференциальной температуры исключает ошибки, обусловленные падением напряжения на проводах.

Канал 1 микросхемы AD7705 считывает входное напряжение, равное I_S·R_RTD1 + I_S·R_L1. Канал 2 считывает входное напряжение, равное I_S·R_RTD + I_S·R_L5. R_L1 и R_L5 представляют собой сопротивления проводов между локальной электроникой и удаленными элементами RTD. RTD следует подключить таким образом, чтобы R_L1 = R_L5. С помощью программы вычтите показание Канала 1 АЦП из показания Канала 2. Омические падения напряжения компенсируются, и единственным оставшимся элементом оказывается разность температур. Сопротивление R_L3 между резисторами RTD в формулах не фигурирует и, следовательно, не оказывает никакого влияния. Входное сопротивление AD7705 очень велико, поэтому через R_L2 и R_L4 ток практически не протекает. Комбинации R и C действуют как фильтры нижних частот, ослабляющие высокочастотный помехи, улавливаемый проводами. Эта функция фильтрации особенно важна для RTD, удаленных от AD7705 и связанной с микросхемой измерительной электроники.

RTD являются определенным источником ошибок. Рассмотрим распространенный платиновый терморезистор (PRTD) с сопротивлением 100 Ом и коэффициентом сопротивления 0.003 Ом/Ом/°C. Этот тип датчика, европейский PRTD, является наиболее распространенным типом резистивных датчиков температуры. Он доступен в классах точности A и B (или DIN A и DIN B), которые определяют как начальную точность при 0 °C, так и взаимозаменяемость в рабочем диапазоне температур. Для класса А задано значение ±(0.15+0.002|t|), а для класса В – ±(0.3+0.005|t|), где t – заданная температура взаимозаменяемости. Вы можете приобрести два платиновых терморезистора класса А с сопротивлением 100 Ом у одного и того же производителя и обнаружить, что при 25 °C один показывает на 0.2 °C больше, а другой – на 0.2 °C меньше. Для устранения этой начальной ошибки необходимо либо запросить у производителя подобранную пару RTD, либо откалибровать эту разницу во время установки. Например, некоторые производители датчиков разделяют PRTD на группы по допускам с максимальным значением Δt, равным ±0.05 °C в диапазоне от 0 до 100 °C. Альтернативно, погрешность можно легко устранить калибровкой, с использованием отдельных регистров усиления и смещения AD7705 для двух каналов.

Микросхема AD7705 обеспечивает интегральную нелинейность 14 бит или лучше. Однако АЦП измеряет два входных сигнала с пиковым разрешением 16 бит. Такое разрешение полезно, поскольку линейность АЦП одинакова для обоих каналов, каким бы ни было это разрешение. Это утверждение основано на том, что усиление внутреннего программируемого усилителя АЦП не изменяется между каналами. Смена каналов через внутренний мультиплексор не создает дополнительных источников ошибок. Таким образом, измерения дифференциальной температуры выполняются с разрешением 14 бит или выше.

1. Datasheet Analog Devices AD7705