测温仪表电路分析与优化设计

　　配铂电阻Pt10O数字式测温仪表，应用广泛，由于铂电阻的电阻R，与温度T之间呈非线性关系，通常采用反馈法非线性修正放大电路予以解决(图1)。这种电路结构简单，在放大电路中只增加一只正反馈电阻，就能使输出电压与温度呈线性关系，为一般仪表厂所乐意采用。但是，因各电阻参数之间相互牵连，定量计算十分复杂，生产厂目前仍采用近似估算加试验修正的方法，确定有关参数，因而仪表精度不高，一般为1级或0.5级，在0~200’C量程范围内最多只能达到0.2级。其实，采用这种电路，如果电阻参数配置合理.可使仪表精度大大提高。笔者在详尽分析其工作原理的基础上，通过建立数学模型，采用微机独特的数值运算方法.精确算出各电阻参数，因而使仪表精度明显提高。在。一200C量程范围内，非线性误差在0.IC以下，在O~500‘C量程范围内，非线性误差在1C下。

　　一、工作原理

　　图1为反馈式非线性修正放大电路，主要元件为一运算放大器.它将输入信号进行非线性修正及放大，由R:一RZ一R3一R，构成的桥式线路，一端接电源E正极，一端接地，铂电阻R:接在桥路的一个臂上。通过电阻R;与运放正相输入端连接，以实现将电阻变化量转换为电压变化量，输入到运放中去。正反馈电阻R‘是实现非线性修正的关键元件。若没有它，则将由于以下两个原因使运放输出电压为非线性。

　　(l)铂电阻R，一T特性为非线性

　　式中成。~10呱，a二3.90802x一。一3/C沂二5.802义10’/C之。

　　(2)电桥的非线性，即通过铂电阻R，支路上的电流随R，阻值的增加而减少。

　　如果接了正反馈电阻R‘，将使运放正相输入端电压v。提高，只要电阻R。与其它参数匹配得当，将能有效地消除输出电压的非线性，而接近线性，为便于定量分析，作等效电路如图2所示。

　　为从图IA点看进去等效电压及等效内阻，随R，阻值变化而变化。

　　ER瓦不天;和反井，充为从图‘“点看进去的等效电压及等效内阻，为常值，而运放输出电压与正反相端输入电压的关系式为

　　式中K为闭环增益

　　如果没有加正反馈电阻R6.则V++(l')与A几n相寺，现在增那1一于Ks甩阻，放输出电压V(I')的正反馈，使正相端V+」一(1.)增加，其表达式为:

　　当温度l'= 0即铂电阻R} = Ro =1 OO,C}，则运放输出电压Vo

　　将方程(4)(5)代入方程(2)，得运放输出电压为

　　式中

　　方程(s>中的vv +})具有非线性，利用麦克劳林定理将其分解为多项式