PT100温度感测器/铂电阻测温电路的线性化设计方法
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:1674
『电阻式温度检测器』(rtd,resistance temperature detector)－一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。
pt100温度感测器是一种以白金(pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：
r=ro(1+αt) 其中α=0.00392,ro为100ω(在0℃的电阻值),t为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为pt100。
1：vo=2.55ma ×100(1+0.00392t)=0.255+t/1000 。
2：量测vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。
电路分析
由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2v齐纳二极体的作用,使得1k电阻和5k可变电阻之电压和为6.5v,靠5k可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55ma,使得量测电压v如箭头所示为0.255+t/1000。
其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+t/100。
6v齐纳二极体的作用如7.2v齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55v,因此电压追随器的输出电压v1亦为2.55v。
其后差动放大器之输出为vo=10(v2-v1)=10(2.55+t/100-2.55)=t/10,如果现在室温为25℃,则输出电压为2.5v。
相关文章: 铂电阻测温电路的线性化设计方法
摘要：介绍一种基于a/d转换原理的铂电阻测温的非线性校正方法，分析了铂电阻线性测温的原理，并给出了a/d转换器7135与单片机89c51接口电路及试验数据。
关键词：铂电阻，测温电路设计，模拟-数字转换非线性校正，数据采集
一、引言
铂电阻温度传感器，因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用。
在精密测量系统中，铂电阻测温系统电路结构图如图1所示：铂电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号，再经过放大及a/d转换后送微处理器进行处理。为了能对铂电阻测温的非线性进行校正，作者利用双积分a/d转换原理，设计了一种高精度的铂电阻测温非线性校正方案。实践证明，该方法不仅性能稳定，结构简单，而且在0～200℃范围内准确度可达到0.15%fs±4字。
二、非线性校正原理
1、非线性a/d转换原理
因为铂电阻经桥路检测后，其输出电压um与被测温度q之间具有函数关系：
式中：a，b为常系数。
如果能构造成一个函数电路，使其具有与上式相同的函数形式：
同时使um=un，则容易得出q=t（这里，“q=t”仅有数学意义，实际上它们的量纲是不一样的）。这样，在um=un的前提下，温度q的测量问题就转化为对时间t的测量了。
以上是本文阐述的以变量变换的形式实现传感器非线性校正的设计思想。这里t的量纲为时间，其测量过程是通过双积分a/d转换实现的。双斜率积分转换表达为：
(1)
式中：uin—a/d转换时模拟输入电压，
t1—a/d转换过程中正向积分时间，
t2—a/d转换过程中反向积分时间，
uref—a/d转换时参考输入电压。
当uref为定值时，uin与t2具有线性关系，因此这种情况下可以认为a/d输出结果为：
t2 = t1uin / uref .
假定uref(t)为时间t的函数：uref(t)=m+nt (2)
其中：m，n为待定常系数。
a/d转换后的输出结果若能完全补偿铂电阻温度非线性，则有：uin=aq+bq2 (3)
故将式（2）和式（3）代入式（1），
假设：at1=m，bt1=n/2,
则有：t2与q在数值上大小相等，即t2=q，可见实现了铂电阻的温度与数字量线性转换。
可以看出，在a/d转换过程中，模拟电压输入与数字量输出之间不是线性关系，其函数关系刚好与rq—q关系相反，当其特性实现了相互完全补偿时，就能获得线性q/t2转换。显然，利用双积分a/d转换实现非线性校正的关键是应能满足式（3）所表征的函数关系。本方案采用rc回路极其简单地达到了该目的。
2. 高精度 a/d转换器icl7135
铂电阻测温电路线性化设计的实现采用了4位半双积分型a/d转换器icl7135。icl7135每一个转换周期分为三个阶段：自动调零阶段、被测电压积分阶段、对基准电压uref进行反积分阶段。下面结合铂电阻温度测量分析icl7135的工作过程：
(1)正向积分阶段
icl7135与89c52接口电路原理图如图2所示。在此阶段，icl7135对uin进行定时积分，固定时间t1=10000t0（t0为时钟周期）。积分器的输出电压为：
(4)
同时，在此阶段基准电容c对电阻r放
『电阻式温度检测器』(rtd,resistance temperature detector)－一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。
pt100温度感测器是一种以白金(pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：
r=ro(1+αt) 其中α=0.00392,ro为100ω(在0℃的电阻值),t为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为pt100。
1：vo=2.55ma ×100(1+0.00392t)=0.255+t/1000 。
2：量测vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。
电路分析
由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2v齐纳二极体的作用,使得1k电阻和5k可变电阻之电压和为6.5v,靠5k可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55ma,使得量测电压v如箭头所示为0.255+t/1000。
其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+t/100。
6v齐纳二极体的作用如7.2v齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55v,因此电压追随器的输出电压v1亦为2.55v。
其后差动放大器之输出为vo=10(v2-v1)=10(2.55+t/100-2.55)=t/10,如果现在室温为25℃,则输出电压为2.5v。
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摘要：介绍一种基于a/d转换原理的铂电阻测温的非线性校正方法，分析了铂电阻线性测温的原理，并给出了a/d转换器7135与单片机89c51接口电路及试验数据。
关键词：铂电阻，测温电路设计，模拟-数字转换非线性校正，数据采集
一、引言
铂电阻温度传感器，因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用。
在精密测量系统中，铂电阻测温系统电路结构图如图1所示：铂电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号，再经过放大及a/d转换后送微处理器进行处理。为了能对铂电阻测温的非线性进行校正，作者利用双积分a/d转换原理，设计了一种高精度的铂电阻测温非线性校正方案。实践证明，该方法不仅性能稳定，结构简单，而且在0～200℃范围内准确度可达到0.15%fs±4字。
二、非线性校正原理
1、非线性a/d转换原理
因为铂电阻经桥路检测后，其输出电压um与被测温度q之间具有函数关系：
式中：a，b为常系数。
如果能构造成一个函数电路，使其具有与上式相同的函数形式：
同时使um=un，则容易得出q=t（这里，“q=t”仅有数学意义，实际上它们的量纲是不一样的）。这样，在um=un的前提下，温度q的测量问题就转化为对时间t的测量了。
以上是本文阐述的以变量变换的形式实现传感器非线性校正的设计思想。这里t的量纲为时间，其测量过程是通过双积分a/d转换实现的。双斜率积分转换表达为：
(1)
式中：uin—a/d转换时模拟输入电压，
t1—a/d转换过程中正向积分时间，
t2—a/d转换过程中反向积分时间，
uref—a/d转换时参考输入电压。
当uref为定值时，uin与t2具有线性关系，因此这种情况下可以认为a/d输出结果为：
t2 = t1uin / uref .
假定uref(t)为时间t的函数：uref(t)=m+nt (2)
其中：m，n为待定常系数。
a/d转换后的输出结果若能完全补偿铂电阻温度非线性，则有：uin=aq+bq2 (3)
故将式（2）和式（3）代入式（1），
假设：at1=m，bt1=n/2,
则有：t2与q在数值上大小相等，即t2=q，可见实现了铂电阻的温度与数字量线性转换。
可以看出，在a/d转换过程中，模拟电压输入与数字量输出之间不是线性关系，其函数关系刚好与rq—q关系相反，当其特性实现了相互完全补偿时，就能获得线性q/t2转换。显然，利用双积分a/d转换实现非线性校正的关键是应能满足式（3）所表征的函数关系。本方案采用rc回路极其简单地达到了该目的。
2. 高精度 a/d转换器icl7135
铂电阻测温电路线性化设计的实现采用了4位半双积分型a/d转换器icl7135。icl7135每一个转换周期分为三个阶段：自动调零阶段、被测电压积分阶段、对基准电压uref进行反积分阶段。下面结合铂电阻温度测量分析icl7135的工作过程：
(1)正向积分阶段
icl7135与89c52接口电路原理图如图2所示。在此阶段，icl7135对uin进行定时积分，固定时间t1=10000t0（t0为时钟周期）。积分器的输出电压为：
(4)
同时，在此阶段基准电容c对电阻r放
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