高精度铂电阻测温系统的实现

　　1　铂电阻测温系统组成

　　铂电阻测温系统主要由铂电阻测温电桥、放大电路、采样/保持及A/D转换电路、液晶显示器、矩阵键盘等组成。如图1所示。测温系统采用低功耗、高性能的AT89C51型8位CMOS微控制器和12位高速逐次逼近式A/D转换器AD574A, LF398高性能采样/保持器,提高了系统的精度。测温系统通过铂电阻测温电桥采集随温度变化的电压信号,再经过放大和A/D转换后,送到单片机进行处理和显示,超过设定值则报警。

　　传感器选用CWP型薄膜铂电阻温度传感器,此种传感器体积小、精度高、稳定好、响应速度快、性能稳定可靠。测量范围为-80~+160℃,R0=46Ω,电阻变化率为0.2~0.18Ω/℃

　　2　测温电桥信号的放大

　　铂电阻传感器采用单电桥测量温度,如图2所示。铂电阻RT只作为电桥的一臂,而电阻R01,R02,R03为电桥的另外三臂,且电阻值均为R=10kΩ。测量电桥由恒压源供电,恒压源采用LM317小型稳压电源芯片,并配以电阻、电容和二极管等元件组成稳压电路,LM317的引脚2输出电压恒为+5V。设RT=R(1+X)(X为未知数),由图示得:

　　当X足够小时,该电路有足够的线性。

　　测温电桥输出的信号经过放大后进行A/D转换,测温电桥及信号放大电路如图2所示。

　　其中,OP07单片精密运算放大器具有低噪声、低漂移和高增益的特点,由±15V双电源供电,差动输入方式连接,则有

　　该电路的放大倍数为,因此,调节电阻R25和R27的阻值就可以使电路满足式(3)的条件,得到所需要的放大倍数。

　　3　铂电阻的非线性校正

　　此系统要求的测温范围是-40~+40℃,而铂电阻在小温度范围的线性度较好,并且将查表法和线性插值法结合起来进行温度测量的非线性校正:在测温范围内将每摄氏温度对应的电阻值对应电压值建立表格,将测量电压与表内的各温度对应电压值进行比较,查出温度的基本值,再根据测量值与表中两相近温度对应电压值的差异,采用线性插值的方法算出温度的修正值,由两者相加可求出被测温度值。部分温度标定实验数据如表1所示。

　　标定实验数据经线性插值之后的曲线如图3所示,由图可知系统得到了较好的非线性校正效果。

　　4　三线制连接

　　为消除热电阻引线对测量精度的影响,热电阻要采用三线制连接。三线制就是用三根导线将RX热电阻和测量电路连接起来,这样就可以显著减少由于连接导线的阻值变化所引起的测量误差。

　　如图4所示,要求引出的三根导线截面积和长度均相同,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,当桥路平衡时,通过计算可知,Rx=R1R3/R2+(R1-R2)r/R2,当R1=R2时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差,但是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除导线电阻的影响,但分析可见,采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,工业上一般都采用三线制接法。