基于鉑電阻的高精度溫度檢測(cè)電路

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,經(jīng)常需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè),用鉑電阻作為傳感器是工程中常用的一種檢測(cè)方法。要獲得高精度的檢測(cè)結(jié)果,一方面要采用正確的檢測(cè)方法;另一方面要有好的檢測(cè)電路,而且電路調(diào)試要簡(jiǎn)單。本文介紹的兩種基于鉑電阻的溫度檢測(cè)電路具有精度高、調(diào)試容易,對(duì)器件的要求不高,是實(shí)用的高精度溫度檢測(cè)電路。

2　電路結(jié)構(gòu)及工作原理

本文介紹電橋型溫度檢測(cè)電路和電流源型溫度檢測(cè)電路。

2.1　電橋型溫度檢測(cè)電路

圖1所示的電路為電橋型溫度檢測(cè)電路。

圖1中REF02是AD公司的精密參考電壓源,輸出為+2.5 V,即VREF= VD=+2.5V,故VA= VD(1+R2/R3)=+2.5(1+R2/R3)。圖中R(1+δ)為鉑電阻的阻值,其中R為鉑電阻在0℃時(shí)的阻值;δ=ΔR/R;VB=-R(1+δ)VA/R4,則有:

V0= R1VAδ/R4

由此可知,該電路的輸出電壓與鉑電阻阻值的變化δ(或ΔR)呈線性關(guān)系。該電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試非常簡(jiǎn)單,在R和R4確定后,只需根據(jù)輸出電壓Vo的變化范圍確定R1的阻值即可。

電流流過鉑電阻將會(huì)引起鉑電阻溫度升高,稱其為自加熱現(xiàn)象,從而帶來一定的測(cè)量誤差,為了減小這種誤差,必須減小流經(jīng)鉑電阻的電流,可以通過減小A點(diǎn)的電壓和適當(dāng)選取R4的阻值實(shí)現(xiàn)。而A點(diǎn)電壓由參考電壓VREF和R2/R3的值共同決定,因此,應(yīng)選擇輸出電壓比較低的參考電壓源(圖1中選2.5 V),此外R2/R3的值也要比較低。在制作PCB時(shí),地線要安排好,我們?cè)?jīng)在一個(gè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)輸出有20 mV左右的漂移,而且漂移很不穩(wěn)定,后經(jīng)改善A2同相輸入端的接地,故障排除。

該電路中鉑電阻引線引入測(cè)量誤差,可以通過在電橋R支路中串入與引線電阻阻值相當(dāng)?shù)碾娮柘?/p>

2.2　電流源型溫度檢測(cè)電路

圖2是另一種基于鉑電阻的精密溫度檢測(cè)電路,圖中R為鉑電阻,采用3線接法,其中RW1、RW2和RW3分別為鉑電阻的3根引線,VREF為精密參考電壓源的輸出。

A1、A2、RREF和VREF構(gòu)成1 mA的精密電流源,A3構(gòu)成溫度檢測(cè)電路,A4構(gòu)成二階低通濾波器。圖2中的電路略顯復(fù)雜,但輸出電壓與鉑電阻R之間的關(guān)系非常簡(jiǎn)單:

VOUT= R(1+R4/R3)×10-3

很顯然,輸出電壓VOUT與鉑電阻R之間呈線性關(guān)系。

這一電路的特點(diǎn):①輸出電壓VOUT與鉑電阻之間呈線性關(guān)系;②在推導(dǎo)中雖然考慮了鉑電阻的引線RW,但在輸出電壓的表達(dá)式中并未出現(xiàn)RW,說明該電路通過其特殊結(jié)構(gòu)消去了引線RW對(duì)測(cè)量帶來的誤差;③可以方便地通過調(diào)節(jié)R4和R3的比值調(diào)節(jié)電路的增益。

3　電路應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

上述兩電路以其良好的性能解決了基于鉑電阻的高精度溫度檢測(cè)問題。我們?cè)诙鄠€(gè)科研課題中采用上述兩個(gè)電路進(jìn)行高精度溫度測(cè)量,都得到了良好的結(jié)果,故將這兩個(gè)電路推薦給大家。在應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

(1)對(duì)于圖1所示的電路,運(yùn)算放大器應(yīng)選用輸入阻抗高、零漂較小的產(chǎn)品,對(duì)電橋中的電阻要精確挑選。

(2)在圖2電路中,為減小鉑電阻自加熱帶來的測(cè)量誤差,電流源的電流不宜過大,一般不要超過1mA。低通濾波器的截止頻率和增益可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求選定。另外在制作PCB時(shí),地線要合理安排。

4　結(jié)　論

本文介紹的兩種基于鉑電阻的高精度溫度檢測(cè)電路與常用的一些檢測(cè)電路相比,具有精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試簡(jiǎn)單、對(duì)元器件要求不高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn),能夠滿足高精度溫度檢測(cè)的要求。