基于C8051F350的铂电阻温度测量系统

　　0　引言

　　气象、水文、海洋和环保等领域对温度测量精度的要求很高，目前普遍采用Pt100铂电阻温度传感器测量温度。铂电阻测温是一种有效的温度测量方法，它具有精度高、互换性好以及成本低等优点。但由于铂电阻阻值随温度变化较小，测量时引线电阻、自热效应和元器件参数漂移对测量精度产生很大影响，这就给铂电阻的测量带来了极大的困难。近年来随着电子技术特别是单片机技术的发展，为铂电阻的高精度测量提供了很好的解决方案。这里介绍一种基于C8051F350单片机构成的温度测量系统。

　　1　测量原理

　　铂电阻温度传感器是利用金属铂(Pt)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。以铂电阻作为温度敏感元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻的阻值，为此，以一恒定的电流I流经铂电阻，通过测量铂电阻两端的电压，计算得出其阻值。

　　为了减小测量时引线电阻、自热效应和元器件参数漂移对测量精度产生的影响，可采取以下措施：

　　(1)采用4线制测量法测量铂电阻，可以消除引线电阻的影响。在被测电阻两端分别引出两根导线，按图1所示连接，被测电阻阻值为R=U/IR=U/(I-IA)，当运放的输入电阻足够大时，IA接近为0，因此有R=U/I，可见导线的电阻RL对铂电阻R的测量并未产生影响。

　　(2)对于自热效应，根据元件发热公式P=I2　R，为了减小电流流经铂电阻产生的热量对测量温度的影响，应减小流过铂电阻的电流，传感器才能检测出正确的温度。但是过小的电流又会使信噪比下降，精度更是难以保证。为此，可以选择I=1mA，并且采用间歇供电的方式，这样可有效解决自热效应带来的影响。

　　(3)元器件参数漂移会影响到“零点”和“放大倍数”。被测电阻经过放大电路和AD转换后，测得的AD转换结果为U=U0+kUX(其中U0为零点电压，k为放大倍数，UX为被测电阻电压)。为了减小元器件参数漂移对温度测量的影响，增加2个温度系数小的精密参考电阻R1和R2，使恒流源电流分别流过参考电阻R1和R2以及铂电阻RX。可在很短的时间内分别测得上述3个电阻的电压，由于时间足够短，可以认为此期间“零点”和“放大倍数”未发生变化。因此有 公式

　　即：公式0

　　由上式可计算出铂电阻阻值。我们可以看出，式中并不包含恒流源的电流I，也就说在采样时间足够短的情况下电流的漂移对测量影响可以忽略。因此，此方法对恒流源的精度要求不高。

　　2　工作电路

　　C8051F350器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU。它具有 与8051兼容的CIP-51内核，24位的ADC，2个8位电流输出DAC，8KB在片FLASH存储器，768字节片内RAM，具有片内上 电 复 位、看 门 狗 定 时 器 和 时 钟 振 荡 器。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储。