鉑電阻測溫電路的線性化設(shè)計方法

摘要：介紹一種基于A/D轉(zhuǎn)換原理的鉑電阻測溫的非線性校正方法，分析了鉑電阻線性測溫的原理，并給出了A/D轉(zhuǎn)換器7135與單片機89C51接口電路及試驗數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：鉑電阻，測溫電路設(shè)計，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換非線性校正，數(shù)據(jù)采集

一、引言

鉑電阻溫度傳感器，因其測量范圍大，復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性強等特點而被廣泛使用。

在精密測量系統(tǒng)中，鉑電阻測溫系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：鉑電阻信號通常通過橋式電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過放大及A/D轉(zhuǎn)換后送微處理器進行處理。為了能對鉑電阻測溫的非線性進行校正，作者利用雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計了一種高精度的鉑電阻測溫非線性校正方案。實踐證明，該方法不僅性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，而且在0～200℃范圍內(nèi)準(zhǔn)確度可達到0.15%FS±4字。

二、非線性校正原理

因為鉑電阻經(jīng)橋路檢測后，其輸出電壓UM與被測溫度q之間具有函數(shù)關(guān)系：

式中：A，B為常系數(shù)。

如果能構(gòu)造成一個函數(shù)電路，使其具有與上式相同的函數(shù)形式：

同時使UM=UN，則容易得出q=t（這里，“q=t”僅有數(shù)學(xué)意義，實際上它們的量綱是不一樣的）。這樣，在UM=UN的前提下，溫度q的測量問題就轉(zhuǎn)化為對時間t的測量了。

以上是本文闡述的以變量變換的形式實現(xiàn)傳感器非線性校正的設(shè)計思想。這里t的量綱為時間，其測量過程是通過雙積分A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。雙斜率積分轉(zhuǎn)換表達為：

式中：Uin—A/D轉(zhuǎn)換時模擬輸入電壓，

    T1—A/D轉(zhuǎn)換過程中正向積分時間，

    T2—A/D轉(zhuǎn)換過程中反向積分時間，

    Uref—A/D轉(zhuǎn)換時參考輸入電壓。

當(dāng)Uref為定值時，Uin與T2具有線性關(guān)系，因此這種情況下可以認為A/D輸出結(jié)果為：

T2 = T1Uin / Uref .

假定Uref(t)為時間t的函數(shù)：Uref(t)=M+Nt (2)

其中：M，N為待定常系數(shù)。

A/D轉(zhuǎn)換后的輸出結(jié)果若能完全補償鉑電阻溫度非線性，則有：Uin=aq+Bq2 

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