基于V/T变换的高精度测温电路设计

　　温度检测广泛用于工农业生产、科学研究等领域，传统的测温方法由于受到测量电路中放大器稳定性及A/D转换器噪声的影响，测温精度和温度分辨力受到限制。本文根据电流型温度传感器的输出动态阻抗大，对应待测温度电流恒定的特点，将温度信号变换成相应的时间二进制代码，使测量精度和分辨力得到很大提高，电路结构简单，稳定性好。

　　1测量原理

　　测量电路原理如图l所示，电流源I。为电流型温度传感器，它的输出电流只与被测温度有关，当温度一定时，相当于恒流源，它与电容C通过电子开关K串联构成闭合回路，电容C的两端连接到电压比较器P的输人端。测量过程如下:当K，闭合时，基准电压给电容充电至U二Us，然后K、断开，KZ闭合，电容在电流源的作用下放电，单片机的内部计数器同时开始工作，当电流源对电容放电至U声0时，比较器翻转，计数器结束计数，计数值与电容放电时间成正比，而电容的放电时间又与电流源电流大小有关，即与被测温度有关。计数脉冲与放电时间关系如图2所示。

　　电容电压U,.与放电电流I。的关系为:

　　令以U=O，则有

　　公式(2)中，N为计数器的读数，T.为计数脉冲的周期，它是一个常数，在u;和c为定值时，I。、N成反比，且存在一一对应关系，即温度与N一一对应。

　　2测量电路元件及参数选择

　　温度传感器选用模拟式电流型集成温度传感器AD592，它的测量范围是一25一+l05℃，相应的电流输出在248.2一378.2林A之间，当工作电压在4一30V范围内波动时，不影响它的电流输出，基准电压U，的选择在考虑测量灵敏度的同时，必须保证温度传感器的端电压在正常工作范围内，因为电容放电时，传感器两端的电压为电源电压与电容电压之差。该电路中，电源电压为20V，基准电压取10V。根据公式(2)，电容放电的斜率与电容大小及传感器输出电流有关，由于电流变化范围宽，为保证灵敏度在整个测量范围内基本一样，电容分3档，分别为1林F、2.2林F、4.7林F。在测量前，由模拟开关先将取样电阻切人电流源回路，用两个电压比较器将取样结果送单片机，根据比较结果决定所使用电容值。电压比较器的选择主要是考虑它的输人端翻转电平重复性好，即在受到噪声干扰或温度变化时，翻转电压变化要小，LMZll的翻转电压约为10mV左右，即使受到干扰，变化应在毫伏级，适合作电压比较元件。单片机为AT89C51，模拟开关选用CD4051。

　　3电路实验结果

　　由公式(2)知，电容放电时间t与反映温度大小的电流L，不是直线关系，只是一一对应。因此，在编写程序时，采用查表和线性插值相结合的方法确定被测温度，先将每个温度值对应的时间二进制代码以表格的形式预先存人程序存储器中，当系统工作时，将转换结果与表格中的数据对比，以确定测量值。为了确定表格中相邻采样值的间隔大小，我们通过电路实验寻找温度与对应计数值保持线性关系的区间，实验结果如表1、图3所示。实验表明，当温度变化在1℃范围内时，线性度较好。测温精度优于0.1℃，分辨力约为0.05℃。应用程序框图如图4所示。