用于数字测温计的电流源特性分析

　　近几年来,随着科学技术的进步,测量仪表向数字化发展已成为趋势,制造厂商今后将不再生产模拟式测量仪表(指工业用),而且对目前工厂现场使用的模拟仪表则须进行改造,使其数字化。这样,对转换特性呈非线性的传感器,在被测的量送到数字显示模块之前必须加以线性化处理,否则在转换成数字信号时,就难以适应精度要求。而铂热电阻就是利用物质在温度变化时,其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时,工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。对于今天体积和功耗更小的电子设备所用的器件进行电特性测量,要求能提供更高精度又很微弱的电流信号源。当激励电流很小在阻性器件上产生的电压也就很小,这时要求灵敏的低电压测量仪器。

　　目前作为测量温度用的传感器之一的铂热电阻,由于它的电阻特性十分稳定,替换性强,因此被广泛地应用于实验室和工业生产中的低温测量中,其测量范围为-200℃~+850℃。例如: Pt100型铂热电阻,然而其电阻值是随着测量温度的升高而增大,但增大的速度却逐渐趋缓,即阻值随温度变化呈非线性状态,因此在进行测温数字化改造时,必须对其进行线性化处理。笔者曾为南平某水泥厂的高压同步电动机的多点温度监控器进行数字化改造。根据改造技术要求,其监控器使用的测温传感器为Pt100型铂热电阻,测量仪器的测量范围: 0℃~200℃, 3位半数字显示,测量控制精度0·5%±1字。同时依据Pt100的分度表,应用一元回归法计算可知,在0℃~200℃范围内,其非线性误差达0·54%,若再附加放大器模/数转换误差,显然无法满足厂方的要求。为此,笔者采用一种电流源电路,通过该电路在把铂电阻值转换为电压信号的同时,也实现非线性校正。这样,不但保证了精度、降低了成本,同时又使电路大为简化。具体情况如下:

　　1　非线性电流源及其特性

　　如图1所示。根据运算放大器的特点可知:

　　当取R1R2R3>Rt时,Is的绝对值随Rt的增大而增大,选取适当的R3、R1、R2,则可以在Rt(即铂电阻Pt100)的一定阻值变化范围内,检测其特性的非线性部分,以满足测量精度的要求。

　　2　Pt100的转换测量电路

　　图2中,运算放大器选用TL082,其输入端是一对场效应管,输入偏置电流(即I+或I-)仅为30pA,与电路中的I1、I2及I3相比,完全可以忽略。各参数见图中标注,其中UR=6V (基准电压)。而由IC1与R1、R2、R3构成上述电流源,其电流可按式(1)求得:

　　当t=0℃时,Rt=100·00Ω,Is=1·538mA。

　　当t=200℃时,Rt=175·84Ω,Is=1·569mA。

　　可见当Rt增大时,Is略有增大,对Rt随温度增高而阻值增大趋缓可起到补偿作用。