基于三線制的高精度熱電阻測(cè)量電路設(shè)計(jì)
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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(cè)出V2和V1，而與導(dǎo)線電阻r沒有關(guān)系。且測(cè)量精度只取決于RV的精度與V1，V2的測(cè)量精度。在電橋法中無(wú)法消除的導(dǎo)線電阻在恒壓分壓式三線制方法中被完全消除。
由于熱電阻當(dāng)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(qū)動(dòng)電流約為1 mA。0℃時(shí)相當(dāng)于自熱功率約0．1 mW，在高精度測(cè)量時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步降低自熱功率，減小自熱誤差。這里設(shè)置VR=2.5V，RV=10kΩ，則自熱功率約為0．006 mW。
2．2 提高測(cè)量精度措施
與三線制平衡電橋法相擬，圖2所示的電路輸出電壓V1與V2數(shù)值較小，還應(yīng)加入一級(jí)電壓放大后，再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。參考電壓VR一般由精密恒壓源提供穩(wěn)定的電壓信號(hào)，此外單片機(jī)軟件在數(shù)學(xué)計(jì)算上選擇適當(dāng)?shù)乃惴ê妥珠L(zhǎng)時(shí)，該計(jì)算誤差也可不計(jì)。但放大電路的放大倍數(shù)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(tǒng)一，因此對(duì)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(biāo)定法，在儀表生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)定計(jì)算，求得實(shí)際電路的β和RV值，再將這兩個(gè)參數(shù)記錄在儀表的非易失存儲(chǔ)器中，在儀表進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，讀取該參數(shù)按式(1)進(jìn)行計(jì)算，從而得到精確的測(cè)量溫度。
如果把圖2中長(zhǎng)導(dǎo)線用盡可能短的導(dǎo)線代替(即r=O)，并以精密電阻R代替熱電阻Rt，VAD是A／D轉(zhuǎn)換器的參考電壓，β為電壓放大倍數(shù)，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(zhuǎn)換的結(jié)果，該結(jié)果可方便地從儀表顯示裝置中讀出；VR與VAD是基準(zhǔn)電壓，為恒定的常量；β為電路的總放大倍數(shù)；K是A／D轉(zhuǎn)換的比例因子，如對(duì)于14位的A／D轉(zhuǎn)換器，K=214。那么式(2)中只有2個(gè)未知數(shù)RV和β。對(duì)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(biāo)定(標(biāo)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(duì)于一個(gè)具體輸入電路而言，可從方程組解出β和RV，其結(jié)果如下：
上述標(biāo)定方法可以總結(jié)為：2個(gè)阻值已知的精密標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、R2分別接儀表的輸入端，且使用連接導(dǎo)線的電阻盡量減小，這時(shí)記錄儀表讀數(shù)D1與D2，代入式(5)即可計(jì)算出所標(biāo)定儀表的未知參數(shù)β和RV。在使用中，建議將VR與VAD使用同一個(gè)基準(zhǔn)源，這樣式(5)中β的計(jì)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(zhǔn)源之間的差異，特別是減小了不同基準(zhǔn)的時(shí)漂與溫漂的影響。
2．3 測(cè)量電路
圖3是高精度Pt100溫度測(cè)量系統(tǒng)的前置輸入電路部分，其中Pt100基準(zhǔn)電壓與A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135的基準(zhǔn)電壓為同一電壓基準(zhǔn)源，Pt100的2路測(cè)量輸入信號(hào)V1與V2采用同一運(yùn)算放大器放大(1+R3／R4)倍后進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器，使用微型繼電器K1進(jìn)行通道選擇，這種方法共用運(yùn)算放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電壓源，減小了不同器件之間的差異對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。ICL7135的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)串行方式與單片機(jī)相連，可以大大節(jié)約單片機(jī)的IO口。該電路在標(biāo)定時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)電阻100Ω與300Ω進(jìn)行標(biāo)定，將標(biāo)定結(jié)果β和RV存入單片機(jī)系統(tǒng)的EEPROM中。在實(shí)際測(cè)量中，單片機(jī)系統(tǒng)將β和RV取出，作為已知值，由式(3)計(jì)算出電阻Rt值。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162332.htm
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