001采用PTI000铂电阻的高精度温度测量系统设计

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采用 P I0 T O 0铂电阻的高精度温度测量系统设计

采用 P I0 T 0铂电阻的高精度温度测量系统设计 O摘要：文介绍基于三线制恒流源驱动电路并采用 Pl0电阻的温度测量系统设计，点论述了测量原理和方法、该 tO0铂重 电路设计、标与实测结果。定 关键词：t 0铂电阻；精度；度测量； Pl 0 O高温恒流源中图分类号：P 7 T 2文献标识码： B文章编号：87 03 (0 1一 60 8— 3 11— 6 32 l )0— 03 0

De i n fHi h- e ii n Te e a u eM e s e n y t m by Ad p i 0 0 Pl tn m ss o s sg o g pr cso mp r t r a ur me tS se o tng Pt1 0 a i u Re it rAbsr t hi a e n rd c s t e e au e me s rn ytm t l 00 pai u r ssos b s d n c n tn c re t tac:T s p p r ito u e he tmp rt r a u i g s se wi Pt0 ltn m e itr a e o o sa t u r n h sure d iig cr uto h e— r yt m t h mp a i n te d s u so ft e me s e n i cpe a d meh d ic i d— o c rvn ic i ftr e wies se wih te e h sso h ic sin o h aurme tprn il n to,cr ut e sg,c lb ain a d a t a aurme tr s ls in a ir t n cu lme s e n e u t. oK e wo d:Pt O ltn m e itr H ih—pe ii n Te e au eM e s rm e t y rs l 00 p aiu r sso; g rcso; mp r tr a u e n;Co tn re tS u c nsa tCu r n o r e

0引言

本温度测量系统采用三线制恒流源驱动法驱动铂电阻传感

精密化学、生物医药、细化工、密仪器等领域对温度控器。三线制恒流源驱动法是指用硬件电路消除铂电阻传感器的精精零度电阻)直接测量传感器的电阻变化量。 l,图为三线制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。采

用铂电固定电阻(阻测量温度是一种有效的高精度温度测量方法，但具有以下难点：引线电阻、自热效应、元器件漂移和铂电阻传感器精度。其中，减小引线电阻的影响是高精度测量的关键点。对于自热效应，据元件发热公式 P IR,根=2必须使流过元件的电流足够小才能使其发热量小，感器才能检测出正确传的温度。但是过小的电流又会使信噪比下降，度更是难以精保证。此外，些元器件和仪器很难满足元器件漂移和铂电阻传一感器精度的要求。

制恒流源驱动法高精度测量方案，考电阻与传感器串联连接，参 用恒流源驱动，电路各元件将产生相应的电压，传感器因温度变化部分电阻的电压可以由后面的放大电路和 AD转换器直接测/量，并采用 2次电压测量一交换驱动电流方向，在每个电流方向上各测量一次。其特点是直接测量传感器的电阻变化量，/ AD转

换器利用效率高，电路输出电压同电阻变化量成线性关系。传感器采用三线制接法能有效地消除导线电阻和自热效应的影响。

利用单片机系统控制两次测量电压可以避免接线势垒电压及放大器、 I AD转换器的失调与漂移产生的系统误差，还可以校准铂电阻传感器精度。恒流源与 AD转换器共用参考基准，/这样根据 A转换器的计量比率变换原理，以消除参考基准不稳定产生 可的误差，不过对恒流源要求较高，电路结构较为复杂。为了进一步克服噪声和随机误差对测量精度和稳定度的影响，最后在上

易先军等提出了以铂电阻为测温元件的高精度温度测量方案，解决了高精度测量对硬件电路的一些苛刻要求问题，但是精度不佳 (04℃1± .;杨彦伟提出了以 MA 4 2 A 8 C P5 0 X10、 T 9 5 1和 t0铂电阻设计的精密温度测量系统方案解决了基本的高精度问题，是系统功耗大，但精度仍然不佳；李波等提出采用以负温度系数热敏电阻为核心的高精度测量方案，较好解决了高精度的0O℃,温准确度只达到 O 1 .1测 .℃。这里提出采用三线制恒流源驱动方案克服引线电阻、自热效应，利用单片机系统校正控制方案实现元器件漂移和铂电阻传感器精度校准，最后在上位机中采

位机中采用 ML数值算法实现噪声抵消，大大提高了温度测量 S

问题，但是性

价比不高，实施效果不佳，测温分辨率能达到精度和稳定度。

用 M S数值算法实现噪声抵消，大大提高了温度测量精度和稳 L定度。

1高精度测量方案及原理铂电阻传感器是利用金属铂(I P1的电阻值随温度变化而变化的物理特性而制成的温度传感器。以铂电阻作为测温元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值。 按照 IC 5 E 7 1国际标准，在常用的 PlO ( o l0 0Q)以温现 t OR= 0 是 O图 1三线制恒流驱动法高精度测量方案

2系统电路设计

.度系数 T R O038 1 C= . 5为标准统一设计的铂电阻。 0其温度电阻特 21三线制恒流源驱动电路 恒流源驱动电路负责驱动温度传感器 P l0,将其感知的 tO 0性是：爨 0 0固辩。

随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号。本系统中，所《 l, ∞ 《 》《》

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需恒流源要具有输出电流恒定，温度稳定性好，出电阻很大，输 输出电流小于 05m (tO 0无自热效应的上限) . A Pl0 ,负载一端接地，出电流极性可改变等特点。输

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由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响显著，由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点。尤其在负载一端需要接地的场合，获得了广泛应

21 0 1年 6月第 6册总第 1 2腊 2

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采用 P 1 0 T 0 0铂电阻的高精度温度测量系统设计

用。以采用图 2所所示的双运放恒流源。其中放大器 U 1 A构成加法器， A构成跟随器， A1U 2 U 2 U、 A均选用低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器 O 0。 P 7

端电压进行单位放大后得到差分放大器反向输入端信号，其值为：《最—撼， () 4

放大器 U 4对温度传感器 R(t 0 ) A t l 0的端电压放大 2后 PO倍

得到差分放大器的正向输入端信号，其值为：喊 () 5

其中，电阻 R 5和 R 6的选择原则与之前恒流源分析中的比

例电阻选择原

则相同，即通过对大量普通标称电阻进行筛选，从中选取阻值最接近的。23 A/D转换电路 .

A D转换电路由一个集成 AD转换器 A 7 1// D 7 2完成，同时将利用其内部的 P A完成仪表放大器的差分放大功能。 D 7 2是 G A 71适合低频测量的高精度 AD转换器。片内含有 2个输入通道/ AN I 1和 A N, I 2能将模拟信号转换成串行数据输。利用 A 7 1 D 72实现数据转换采集的原理电路如图 4所示，实际上作时需要对其进行配置。选用差分输入通道 A N, I 1输入信号极性为双极性。图 2三线制恒流源驱动电路

设图 2中参考电阻 R e上下两端的电位分别 V r f a和 V, a bV 即为同相加法器 U A1的输出，当取电阻 R= 2 R= 4时， 1R,3 R则 V= R F+ b故恒流源的输出电流就为： aV E xV,i蒜 t 冠瓣 冠 () 3

由此可见该双运放恒流源具有以下显著特点：1负载可接地； )

2当运放为双电源供电时，出电流为双极性； )输

3恒定电流大小通过改变输入参考基准 V E ) R F或调整参考电阻 Re0的大小来实现，很容易得到稳定的小电流和补偿校 rf准。

由于电阻的失配，参考电阻 Re0的两端电压将会受到其驱 rf动负载的端电压 V b的影响。同时由 …… 此处隐藏：3965字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……