Interfaceando e Linearizando RTDs com o MicroConverter ADuC8xx (INS179)

Escrito por Newton C Braga

Este circuito de 2007 foi elaborado com base em documentação da Analog. A implementação depende apenas da disponibilidade dos componentes recomendados.

Os sensores de temperatura de platina RTD (Resistance Temperature Detector) são os tipos mais precisos disponíveis atualmente para medidas na faixa de -200º C a +850oC. Uma vez calibrados, sua precisão pode chegar a +/- 0,02º C ou mais.

A Analog Devices (www.analog.com) em seu Application Note AN-709 (que pode ser baixado no formato pdf no site da empresa) descreve o modo de se utilizar o seu micro-conversor ADuC8xx no interfaceamento e linearização desse tipo de sensor com outros dispositivos.

O MicroConverter ADuC8xx atende justamente as exigências de recursos de condicionamento de sinal, conversão A/D, linearização e calibração que são necessários às aplicações que utilizam RTDs.

Essa linha de micro-conversores possui recursos como ADCs de 16 ou 24 bits e um MCU 8052 no mesmo chip, além de circuitos de condicionamento de sinal, dimensionados de forma ideal para aplicações com RTDs.

A seguir vamos dar um exemplo de aplicação de micro-conversores dessa série na implementação de uma interface RTD usando especificamente o ADuC834 (ou outros componentes similares da mesma linha).

No site http://www.analog.com/MicroConverter pode ser encontradas as ferramentas de software para implementação do projeto.

 

Hardware

Um RTD apresenta uma resistência que vaia com a temperatura de uma forma bem definida. Esses sensores não são lineares e essa não linearidade precisa ser corrigida digitalmente. Para isso, o valor da resistência precisa antes ser convertido para forma digital, através de um circuito que tipicamente tem a estrutura mostrada na figura 1.

 


 

Nesse circuito, uma fonte de corrente constante excita tanto o sensor RTD propriamente dito como um resistor de referência. Em série, garante-se que a corrente nos dois seja sempre a mesma. A tensão obtida nesses dois elementos é aplicada à dois amplificadores que fornecem as tensões que devem ser convertidas para a forma digital.

Observe que a corrente sendo a mesma no sensor e no resistor de referência faz com que a relação entre as tensões obtidas seja diretamente proporcional á relação entre as resistências. Isso significa que, escolhendo-se um resistor de referência com baixo desvio de valor em função da temperatura (drift) pode-se obter um alto grau de precisão nas leituras de temperatura, mesmo que a fonte de corrente não seja das mais precisas.

O sinal digitalizado do ADC pode então ser levado ao microcontrolador e dele para uma aplicação externa. Com o ADuC834 é possível aplicar o mesmo princípio de funcionamento descrito, conforme mostra a figura 2.

 


 

Os diodos e os resistores de 100 ? servem para proteger o ADu834 contra danos no caso de condições de sobretensão.

Da mesma forma que no circuito básico em blocos, o interfaceamento do sensor é feito através de 4 fios, mas a fonte de corrente constante e demais recursos necessário à implementação da interface estão disponíveis no ADu834. Também estão disponíveis os recursos para se elaborar um interfaceamento serial RS232 ou outro com um dispositivo externo.

No Application Note da Analog temos todos os cálculos para se calcular a resistência do RTD a partir da conversão do ADC além da função de transferência, linearização e considerações sobre a calibração e a precisão.

No gráfico da figura 3, por exemplo, temos a função de transferência do RTD, observando-se o deslocamento que ocorre entre o sensor real e o virtual devido à sua dilatação.

 


 

Existem três técnicas de linearização que podem ser adotadas nesse projeto, cada qual tendo suas vantagens e desvantagens. Essas técnicas são o método matemático direto, método simples de aproximações lineares e método de aproximação linear por setores. O mais usado é o último, estando presente na maioria dos projetos embutidos.

Mais informações sobre essa aplicação o leitor encontrará no documento original da Analog Devices.