铂电阻测温系统温度补偿方法

　　1　引　　言

　　铂电阻是常用的温度传感器之一,在精密测量系统中,电阻信号常通过电桥电路转换为电压信号,再经放大处理及A/D转换。由于环境温度对电阻和放大器性能的影响,致使整个系统在环境温度变化较大时产生较大的误差,因此在高准确度测量中,寻找好的温度补偿方法就显得十分重要。本文设计的铂电阻测温系统中采用了一种温度补偿方法,它通过非精确恒温环境进行标定,然后将标定结果存入非易失性存储器,实际测量时根据这些标定参数及补偿算法,由软件进行补偿,取得了很好的温度补偿效果。

　　2　影响温度漂移的主因素

　　铂电阻测温系统由电桥、前置放大器和A/D转换　等部分组成,其电路结构如图1所示。为消除电源电压对测量结果的影响,电桥供电电压与A/D参考电压取相同,其中A/D为双通道输入,AD590是常规的环境温度传感器。A/D的结果由后级CPU读入,进行软件处理。

　　2.1　铂电阻测温电桥温度漂移

　　普通电阻的标称值是在环境温度为25℃时的值,随着环境温度T的变化,电阻的实际阻值在变化,其关系式为R=R0[1+α(T-25)],式中R0是电阻标称值,α是电阻温度系数,T是环境温度。选择电桥中铂电阻的配接电阻R1、R2、R3,使它们的温度系数均为α(这一点实际中可以或近似达到),则:

　　通常情况下,U/Uref的数量级为10-2,此时Rn的数量级为10-6,当准确度要求0.1%FS时,可以忽略Rn,所以:

　　由(2)式可知,铂电阻Rt的计算值与环境温度T成线性关系。

　　2.2　放大器系统温度漂移

　　由于A/D芯片具有温度自校正功能,所以电桥的后续电路的温度漂移主要由放大器的温漂引起。这部分输入输出关系式为:

　　根据普通放大器性能,可以假设K(T)、J(T)是环境温度T的线性函数。

　　由(4)式可知,放大器输出与环境温度T成线性关系。

　　3　温度漂移补偿探讨

　　对于通过硬件电路补偿温漂影响的方法,在各种传感器中都有应用,主要是在前置放大器电路中加入相关补偿电路〔1〕〔2〕。另一类方法是将温度漂移曲线事先测出,然后再根据曲线用软硬件修正〔3〕。本文提出的方法是实时软件补偿,并且无需事先测定温度漂移曲线。下面介绍这一补偿算法。

　　根据图1和(4)式,对于放大器和A/D转换部分,若输入U2=0,

　　下面分别讨论S(T),P(T),Q(T)与环境温度T之间的关系。

　　因为K0 LKT,可以证明(8)式在T=0处展开,级数收敛。