基于鉑RTD電路使用很少的元件來(lái)提供高性能

RTD傳感器的標準使用方式是把它包含在后接一個(gè)差分放大器的橋路中。問(wèn)題在于，兩個(gè)非線(xiàn)性因素（一個(gè)來(lái)自傳感器，一個(gè)來(lái)自橋路）會(huì )影響傳遞函數。一些方法試圖避免這個(gè)問(wèn)題，但它們往往既龐大又昂貴（參考文獻1、參考文獻2、參考文獻3）。某種備選電路建議只給差分放大器添加一個(gè)額外電阻，但它既未提供設計指導原則，也未提供結果（參考文獻4）。本設計實(shí)例填補了這個(gè)空白。雖然電路分析有些復雜，但性能很好，并且該電路使用的元件很少。

　　除了鉑RTD(R?Θ)以外，該電路只有6個(gè)精密電阻、1個(gè)運算放大器、1個(gè)電壓參考（圖1）。R4是差分放大器的額外電阻，向傳感器交付額外電流，它與正在測量的溫度有關(guān)。借助恰當設計，該電路可在多種輸入溫度提供良好的線(xiàn)性和穩定性。輸出電壓VO按以下方式依賴(lài)于電路元件：

　　其中YI=1/RI，I=0 至 4。

　　對于正溫度，以下形式的二次多項式可近似表示RTD特性：

　　其中R0是0℃時(shí)的傳感器電阻，α和β是系數，Θ是被測溫度。首先替換第二個(gè)方程，并做一些變換后，得到：

　　其中B、C、K是常數，f(Θ)是溫度的函數。圖2描繪了f(Θ)的一般形狀。當f(Θ)盡可能接近于常數時(shí)，輸出電壓以線(xiàn)性關(guān)系依賴(lài)于溫度。這種情況在f(Θ)的極小點(diǎn)周?chē)钫_。一些額外的關(guān)系規定輸出電壓在0℃時(shí)為0V，轉換系數為10 mV/℃，函數f(Θ)的最小值在測量范圍中心，流過(guò)RΘ的電流導致的傳感器自熱可忽略不計。

　　圖3描繪了符合這些要求的電路。傳感器為DIN-IEC 751鉑RTD。Microsoft Excel軟件從該RTD的校準表擬合了13個(gè)點(diǎn)，范圍是0至600℃，步長(cháng)為50℃。該電子數據表軟件確定R0的值為100Ω，α的值為3.908×10–3（℃）–1，β的值為5.801×10–7℃–2，R2因子為1。

　　電路所有電阻的公差為0.02%，溫度系數為50 ppm/℃?？墒褂脙蓚€(gè)微調電位器VR1和VR2來(lái)獨立調節0讀數和范圍讀數。應該在550℃執行范圍調節，以便匹配正誤差和負誤差的大小。在不超過(guò)基本非線(xiàn)性的前提下，還可擴展溫度范圍，使它不從0℃開(kāi)始，而是從–100℃開(kāi)始。通往傳感器的三引線(xiàn)連接明顯減輕了連接電纜電阻RC對準確度的影響。

　　表1描述了該電路性能的評估結果，采用了校準的精密十進(jìn)制電阻、校準的4.5位萬(wàn)用表（讀數環(huán)境溫度為24℃和68℃）、±12/±15/±18V電源、0/5Ω電纜電阻。