鉑電阻的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　這里提出采用三線制恒流源驅(qū)動(dòng)方案克服引線電阻、自熱效應(yīng)，利用單片機(jī)系統(tǒng)校正控制方案實(shí)現(xiàn)元器件漂移和鉑電阻傳感器精度校準(zhǔn)，最后在上位機(jī)中采用MLS數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)噪聲抵消，大大提高了溫度測量精度和穩(wěn)定度。

　　1 高精度測量方案及原理

　　鉑電阻傳感器是利用金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測溫元件進(jìn)行溫度測量的關(guān)鍵是要能準(zhǔn)確地測量出鉑電阻傳感器的電阻值。按照IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在常用的Pt1000(Ro=1 000 Ω)是以溫度系數(shù)TCR=0.003 851為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的鉑電阻。其溫度電阻特性是：

　　本溫度測量系統(tǒng)采用三線制恒流源驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)鉑電阻傳感器。三線制恒流源驅(qū)動(dòng)法是指用硬件電路消除鉑電阻傳感器的固定電阻(零度電阻)，直接測量傳感器的電阻變化量。圖L為三線制恒流源驅(qū)動(dòng)法高精度測量方案，參考電阻與傳感器串聯(lián)連接，用恒流源驅(qū)動(dòng)，電路各元件將產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，傳感器因溫度變化部分電阻的電壓可以由后面的放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器直接測量，并采用2次電壓測量—交換驅(qū)動(dòng)電流方向，在每個(gè)電流方向上各測量一次。其特點(diǎn)是直接測量傳感器的電阻變化量，A/D轉(zhuǎn)換器利用效率高，電路輸出電壓同電阻變化量成線性關(guān)系。傳感器采用三線制接法能有效地消除導(dǎo)線電阻和自熱效應(yīng)的影響。利用單片機(jī)系統(tǒng)控制兩次測量電壓可以避免接線勢壘電壓及放大器、A/D轉(zhuǎn)換器的失調(diào)與漂移產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，還可以校準(zhǔn)鉑電阻傳感器精度。恒流源與A/D轉(zhuǎn)換器共用參考基準(zhǔn)，這樣根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的計(jì)量比率變換原理，可以消除參考基準(zhǔn)不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差，不過對恒流源要求較高，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。為了進(jìn)一步克服噪聲和隨機(jī)誤差對測量精度和穩(wěn)定度的影響，最后在上位機(jī)中采用MLS數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)噪聲抵消，大大提高了溫度測量精度和穩(wěn)定度。

　　2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　2.1 三線制恒流源驅(qū)動(dòng)電路

　　恒流源驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)溫度傳感器Pt1000，將其感知的隨溫度變化的電阻信號轉(zhuǎn)換成可測量的電壓信號。本系統(tǒng)中，所需恒流源要具有輸出電流恒定，溫度穩(wěn)定性好，輸出電阻很大，輸出電流小于0.5 MA(Pt1000無自熱效應(yīng)的上限)，負(fù)載一端接地，輸出電流極性可改變等特點(diǎn)。