基于三線(xiàn)制的高精度熱電阻測量電路設計
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由歐姆定律可得基本關(guān)系式：
從式(3)可以看出：在已知RV和VR的情況下，欲求Rt只需測出V2和V1，而與導線(xiàn)電阻r沒(méi)有關(guān)系。且測量精度只取決于RV的精度與V1，V2的測量精度。在電橋法中無(wú)法消除的導線(xiàn)電阻在恒壓分壓式三線(xiàn)制方法中被完全消除。
由于熱電阻當有電流通過(guò)時(shí)，會(huì )引起自身溫度升高，所以必須考慮其本身自熱誤差，即必須考慮流過(guò)熱電阻的電流所引起的升溫誤差。常用的Pt100熱電阻驅動(dòng)電流約為1 mA。0℃時(shí)相當于自熱功率約0．1 mW，在高精度測量時(shí)，應進(jìn)一步降低自熱功率，減小自熱誤差。這里設置VR=2.5V，RV=10kΩ，則自熱功率約為0．006 mW。
2．2 提高測量精度措施
與三線(xiàn)制平衡電橋法相擬，圖2所示的電路輸出電壓V1與V2數值較小，還應加入一級電壓放大后，再進(jìn)行A／D轉換。參考電壓VR一般由精密恒壓源提供穩定的電壓信號，此外單片機軟件在數學(xué)計算上選擇適當的算法和字長(cháng)時(shí)，該計算誤差也可不計。但放大電路的放大倍數β和RV會(huì )因元器件個(gè)體而異，特別是在批量生產(chǎn)時(shí)元器件的精度難以保證統一，因此對一個(gè)具體輸入電路而言，還需考慮β和RV帶來(lái)的誤差。
為了消除β和RV帶來(lái)的誤差，可以通過(guò)標定法，在儀表生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)標定計算，求得實(shí)際電路的β和RV值，再將這兩個(gè)參數記錄在儀表的非易失存儲器中，在儀表進(jìn)行溫度測量時(shí)，讀取該參數按式(1)進(jìn)行計算，從而得到精確的測量溫度。
如果把圖2中長(cháng)導線(xiàn)用盡可能短的導線(xiàn)代替(即r=O)，并以精密電阻R代替熱電阻Rt，VAD是A／D轉換器的參考電壓，β為電壓放大倍數，其余部分保持不變，則有：
在式(4)中，R是已知阻值的精密電阻；D是A／D轉換的結果，該結果可方便地從儀表顯示裝置中讀出；VR與VAD是基準電壓，為恒定的常量；β為電路的總放大倍數；K是A／D轉換的比例因子，如對于14位的A／D轉換器，K=214。那么式(2)中只有2個(gè)未知數RV和β。對于一個(gè)具體輸入電路，如果取2個(gè)阻值已知的精密電阻R1、R2分別接入圖2所示電路進(jìn)行標定(標定時(shí)，盡量使r=0)，就可以得到一個(gè)二元一次方程組。這樣，對于一個(gè)具體輸入電路而言，可從方程組解出β和RV，其結果如下：
上述標定方法可以總結為：2個(gè)阻值已知的精密標準電阻R1、R2分別接儀表的輸入端，且使用連接導線(xiàn)的電阻盡量減小，這時(shí)記錄儀表讀數D1與D2，代入式(5)即可計算出所標定儀表的未知參數β和RV。在使用中，建議將VR與VAD使用同一個(gè)基準源，這樣式(5)中β的計算就與參考電壓的精度無(wú)關(guān)。這種方法減小了不同基準源之間的差異，特別是減小了不同基準的時(shí)漂與溫漂的影響。
2．3 測量電路
圖3是高精度Pt100溫度測量系統的前置輸入電路部分，其中Pt100基準電壓與A／D轉換器ICL7135的基準電壓為同一電壓基準源，Pt100的2路測量輸入信號V1與V2采用同一運算放大器放大(1+R3／R4)倍后進(jìn)入A／D轉換器，使用微型繼電器K1進(jìn)行通道選擇，這種方法共用運算放大器、A／D轉換器、基準電壓源，減小了不同器件之間的差異對測量結果的影響。ICL7135的A／D轉換結果通過(guò)串行方式與單片機相連，可以大大節約單片機的IO口。該電路在標定時(shí)，使用標準電阻100Ω與300Ω進(jìn)行標定，將標定結果β和RV存入單片機系統的EEPROM中。在實(shí)際測量中，單片機系統將β和RV取出，作為已知值，由式(3)計算出電阻Rt值。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/162332.htm
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