WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000信號的線(xiàn)性化處理

WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000是利用元件電磁參量隨溫度變化的特性對溫度與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測的裝置。因其線(xiàn)性度相對較好，耐氧化能力很強，并且溫度范圍寬，其測溫的范圍從-200℃～+650℃，目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中得到廣泛使用。該傳感器的信號處理電路需要完成將與溫度有關(guān)的電阻變化信號變換成統一的電壓信號。

1 Pt1000的輸出特性曲線(xiàn)

將Pt1000放入高低溫實(shí)驗箱中，將溫度設定為-30℃～+70℃，測得溫度傳感器在不同溫度下的電阻值，測得數據如圖1所示。在測量溫度范圍內，Pt1000輸出電阻值與溫度成一定的比例關(guān)系。但是在高溫和低溫條件下，有一定的偏差，需要在調理電路中進(jìn)行溫度補償。

2基本恒流源電路

鉑電阻溫度傳感器的信號處理電路可以采用恒壓源或恒流源，通過(guò)對恒壓源的研究，發(fā)現在實(shí)際應用中存在不穩定，精度不高等問(wèn)題，其原因是恒電壓工作時(shí)，除了鉑電阻本身的非線(xiàn)性誤差外，還會(huì )產(chǎn)生恒電壓工作電路的固有誤差，從而使得整個(gè)電路的系統誤差變大。因此本文設計采用的是恒流源的方法。

基本的恒流源電路見(jiàn)圖2，用鉑電阻RT代替反相放大器的Rf，根據反相放大器的公式可以得到：

Vi，R1固定后，流過(guò)RT的電流恒定，Vo與RT成正比，從RT的變化可以得到相應的電壓的變化，從而實(shí)現了電壓輸出，并且線(xiàn)性度保持不變。

3帶同相輸入的溫度處理電路

理想溫度傳感電路在0℃時(shí)輸出電壓為0 V，而在圖1中RT=1 000.8 Ω，代入式(1)得到的Vo不為0，所以需要對電壓進(jìn)行調零。實(shí)現的方法是在圖2中的運放的同相端加一個(gè)輸入電壓進(jìn)行調整，如圖3所示。

所以只要k能調到合適的值，就可以使信號實(shí)現調零。但因為這只是理論上的計算，實(shí)際的運放不是理想的，各個(gè)電阻也會(huì )由于溫度等的影響，阻值不會(huì )完全符合標稱(chēng)阻值。所以不固定R2和R3的大小，在實(shí)際中采用可變電阻進(jìn)行微調。

同相輸入端調整電壓的加入使得即使溫度升高，輸出電壓也會(huì )減小，因此為了保證信號在-30℃～+70℃時(shí)線(xiàn)性輸出-300～700 mV，在調零后再用一個(gè)放大電路對放大系數進(jìn)行調節。如圖4所示。

圖4所示為反相放大電路，他不光可以實(shí)現一個(gè)放大信數為A=R5／R4的放大效果，還可以將通過(guò)前級運放反相了的電壓Vo1再反相，即變成了符合要求的正相電壓了。

4 線(xiàn)性化補充處理

經(jīng)過(guò)運放1后的關(guān)系為式(2)所示。經(jīng)過(guò)運放2的線(xiàn)性放大，若RT一定，Vo與Vi是成正比的，所以要保持線(xiàn)性，Vi最好是一個(gè)定值，否則Vo的函數關(guān)系中便出現了Vi和RT兩個(gè)函數值，不能準確實(shí)現對溫度的測量了。設計給出的電壓波動(dòng)范圍是±10％VCC，一定溫度下RT為定值，那么最后的Vo也有±10％的波動(dòng)，采用統一的R-T關(guān)系判斷，在測量范圍內所得到的溫度誤差變?yōu)榱恕?0℃，這是不能容忍的。電路必須有可靠的高精度的穩壓裝置，因此在電路實(shí)際工作中，不用自接供電的方式，可采用高精度的電壓基準MAX6025提供標準的2.5 V電壓基準對元件和電路進(jìn)行供電。

另外，由Pt1000鉑電阻值R與溫度T的關(guān)系可知，在測量溫度范圍內，Pt1000具有3.786 59 Ω／℃的高靈敏度，因此只需要選用通用型的運放就可以了。所采用電阻的溫度系數匹配時(shí)，非線(xiàn)性誤差也可以不用考慮。

5實(shí)際溫度傳感信號處理電路

實(shí)際溫度傳感信號處理電路見(jiàn)圖5，電路圖中的電容C是降噪電容器，實(shí)際取值1μF，2.5 V電壓基準由MAX6025提供。依據圖中給定參數，在進(jìn)行實(shí)際溫度測試前，首先要對其進(jìn)行調零和調滿(mǎn)。用精密可調電阻代替Pt1000連接到電路中，改變阻值使其等于0℃時(shí)的等效電阻1 000.8 Ω，調可變電阻R5，使輸出電壓為0，再改變精密可調電阻值到70℃的1 265.8 Ω，調可變電阻R6，使輸出為700 mV，完成調零和調滿(mǎn)。該電路經(jīng)過(guò)實(shí)驗測試，達到很好的溫度傳感效果。