用集成运算放大器构成自动温度补偿电路

　　1　引　言

　　在工业生产过程自动化系统中,在线使用的分析仪器通常需要解决温度补偿问题,采用人工调节控制,既不准确,又不方便,因此,为确保仪器的测量精度,应采用自动温度补偿控制方法。

　　2　铂热电阻与R/V转换

　　铂热电阻由于具有较好的稳定性,因而在线分析仪器一般采用它来获得自动温度补偿。铂热电阻的工作原理是将温度的变化转换为电阻的变化。图2—1表示出Pt100铂热电阻在0～100℃范围内电阻值与温度的关系。

　　R/V转换电路的任务是将电阻的变化(ΔRt)转换成电压的变化(ΔUt),而且这种转换应该是线性的,即

　　式中　k——转换系数,是常数

　　这个功能的实现是很容易的,只要在铂热电阻上流过恒定的电流I即可完成,即

　　由式(2—2)可见,只要流过铂热电阻的电流I为常数,电压的变化量ΔUt就与铂热电阻阻值的变化量ΔRt成线性关系。因此,R/V转换电路应该是恒流电路。

　　3　自动温度补偿电路

　　利用集成运算放大器和铂热电阻可以构成自动温度补偿电路,其原理图见图3-1。

　　图3-1中A为集成运算放大器,Rt为Pt100铂热电阻,其阻值随温度的变化而变化,Vi为某在线分析仪器的检测信号,这一信号也随温度的变化而变化。图3-2表示出在0-100℃范围内Rt及Vi随温度变化的情况。

　　由图3-2可见,在0℃时,Rt为100Ω,Vi为0-379mV,而在100℃时,Rt为138.5Ω,Vi为0-518mV。

　　假设在常温(T=25℃,Rt=109.73Ω)下,输入信号Vi为最大值Vimax=414mV固定不变,此时图3-1电路可看作是恒流源电路。在图3-1中,当T=25℃时同相输入端输入电压V1和反相输入端电压V2的电位相等,即。

　　V₂=V₁(3-1)

　　如图3-1中R1及R2的数据,同相输入端输入电压V1为

　　故V2=78.1mV。

　　由图3-1可知,V2是由Rf和Rt构成的分压器给定的,在T=25℃时

　　由式(3-2)可得输出电压Vo为

　　式中Rf=R3+Rw,代入式(3—3)得

　　将V2=78.1mV,Rt=109.73Ω,R3=1kΩ,代入式(3-4),并假设RW调定为RW=1.5kΩ,得

　　图3-1中电位器RW用来调节放大器的电压放大倍数,它与R3及其铂热电阻Rt构成电压负反馈电路,调节RW时,虽然RW阻值发生变化,但通过它的电流总是恒定不变的。这是因为随着RW的增大或减小,放大器的电压放大倍数也随之增大或减小。在输入电压不变的情况下,输出电压随之增大或减小,因而保持流过RW的电流不变。这恒流值由下式决定,当T=25℃时

　　将V1=78.1mv,Rt=109.73Ω,代入式(3-5)得