基于PT1000的高精度溫度測量系統

2．3 A／D轉換電路
A／D轉換電路由一個(gè)集成A／D轉換器AD7712完成，同時(shí)將利用其內部的PGA完成儀表放大器的差分放大功能。AD7712是適合低頻測量的高精度A／D轉換器。片內含有2個(gè)輸入通道AIN1和AIN2，能將模擬信號轉換成串行數據輸出。利用AD7712實(shí)現數據轉換采集的原理電路如圖4所示，實(shí)際工作時(shí)需要對其進(jìn)行配置。選用差分輸入通道AIN1，輸入信號極性為雙極性。

測量結果的誤差主要來(lái)源于參考電阻Rref、Rref0的誤差，以及差分放大倍數k和A／D轉換器轉換輸出的誤差。為了達到要求的測量精度，參考電阻Rref、Rref0將采用定制的UPR塑封金屬箔電阻，這種電阻具有O．05％的初始精度，小于5 ppm的溫度穩定性。AD7712的非線(xiàn)性誤差小于O．001 5％，增益溫度穩定性小于2 ppm，并且還可以通過(guò)單片機對AD7712進(jìn)行校準來(lái)減小其非線(xiàn)性誤差以及增益誤差。

3 定標與實(shí)測結果
3．1 測量系統定標
首先用高精度電阻箱(誤差5 ppm)代替Pt1000對測量系統進(jìn)行定標。根據式2所示的實(shí)測Pt1000電阻／溫度關(guān)系標定數據，通過(guò)改變電阻箱的取值來(lái)設定相對應的測試溫度點(diǎn)標稱(chēng)值，經(jīng)過(guò)測量系統、A／D采樣和上位機程序計算，得到測量溫度顯示值。根據初測數據對測量電路、補償電壓進(jìn)行校準后，得到測量系統定標數據如表1所示。

從表l測量數據可見(jiàn)，測量系統引入的最大誤差為0．003℃。因此只要Pt1000鉑電阻的定標誤差足夠小，精度高，整個(gè)溫度測量系統就可以滿(mǎn)足高精度的測量要求。
3．2 恒溫箱實(shí)測
將鉑電阻傳感器Pt1000接入測量系統，并置入高精度恒溫箱中(溫控精度0．01℃)進(jìn)行整個(gè)溫度測量系統定標測量。測量時(shí)要注意恒溫箱的密封，以提高環(huán)境溫度穩定性；恒溫箱溫度穩定后，每隔3 min對同一溫度點(diǎn)進(jìn)行20次測量。測量溫度值數據及處理結果如表2所示。由于設備條件所限，測量溫度范圍只有(10～70℃)。

表2中，隨機誤差是根據同一溫度點(diǎn)的20次測量數據計算出的標準偏差(σ=SQR[(xi-X)2／(n-1)])；系統誤差是恒溫箱設定溫度與本溫度測量系統測量溫度平均值的差值。由表2中數據可見(jiàn)，測量系統的最大隨機誤差為0．005℃，且在接近室溫時(shí)最??；測量系統的最大系統誤差為-0．009℃，說(shuō)明Pt1000鉑電阻傳感器的定標誤差較小，精度也較高，能滿(mǎn)足高精度溫度測量系統的測量要求，但溫度高端誤差較大，可能與恒溫箱溫度控制精度有關(guān)，有待于進(jìn)一步定標。

4 結論
利用三線(xiàn)制恒流源驅動(dòng)Pt1000鉑電阻，有效克服了導線(xiàn)電阻和自熱效應對測量精度的影響；利用單片機計算雙極性驅動(dòng)電流下的兩次測量電壓可有效避免接線(xiàn)勢壘電壓及放大器、A／D轉換器的失調與漂移產(chǎn)生的系統誤差；恒流源與A／D轉換器共用參考基準，有效消除了參考基準不穩定產(chǎn)生的誤差。在上位機中采用MLS數值算法抵消噪聲，進(jìn)一步克服了噪聲和隨機誤差對測量精度和穩定度的影響，大大提高了溫度測量精度和穩定度，使得整機最大的測量誤差不大于0．01℃。