基于PT1000的高精度溫度測量系統(tǒng)

2．3 A／D轉(zhuǎn)換電路
A／D轉(zhuǎn)換電路由一個集成A／D轉(zhuǎn)換器AD7712完成，同時將利用其內(nèi)部的PGA完成儀表放大器的差分放大功能。AD7712是適合低頻測量的高精度A／D轉(zhuǎn)換器。片內(nèi)含有2個輸入通道AIN1和AIN2，能將模擬信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出。利用AD7712實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采集的原理電路如圖4所示，實際工作時需要對其進行配置。選用差分輸入通道AIN1，輸入信號極性為雙極性。

測量結(jié)果的誤差主要來源于參考電阻Rref、Rref0的誤差，以及差分放大倍數(shù)k和A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的誤差。為了達到要求的測量精度，參考電阻Rref、Rref0將采用定制的UPR塑封金屬箔電阻，這種電阻具有O．05％的初始精度，小于5 ppm的溫度穩(wěn)定性。AD7712的非線性誤差小于O．001 5％，增益溫度穩(wěn)定性小于2 ppm，并且還可以通過單片機對AD7712進行校準(zhǔn)來減小其非線性誤差以及增益誤差。

3 定標(biāo)與實測結(jié)果
3．1 測量系統(tǒng)定標(biāo)
首先用高精度電阻箱(誤差5 ppm)代替Pt1000對測量系統(tǒng)進行定標(biāo)。根據(jù)式2所示的實測Pt1000電阻／溫度關(guān)系標(biāo)定數(shù)據(jù)，通過改變電阻箱的取值來設(shè)定相對應(yīng)的測試溫度點標(biāo)稱值，經(jīng)過測量系統(tǒng)、A／D采樣和上位機程序計算，得到測量溫度顯示值。根據(jù)初測數(shù)據(jù)對測量電路、補償電壓進行校準(zhǔn)后，得到測量系統(tǒng)定標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

從表l測量數(shù)據(jù)可見，測量系統(tǒng)引入的最大誤差為0．003℃。因此只要Pt1000鉑電阻的定標(biāo)誤差足夠小，精度高，整個溫度測量系統(tǒng)就可以滿足高精度的測量要求。
3．2 恒溫箱實測
將鉑電阻傳感器Pt1000接入測量系統(tǒng)，并置入高精度恒溫箱中(溫控精度0．01℃)進行整個溫度測量系統(tǒng)定標(biāo)測量。測量時要注意恒溫箱的密封，以提高環(huán)境溫度穩(wěn)定性；恒溫箱溫度穩(wěn)定后，每隔3 min對同一溫度點進行20次測量。測量溫度值數(shù)據(jù)及處理結(jié)果如表2所示。由于設(shè)備條件所限，測量溫度范圍只有(10～70℃)。

表2中，隨機誤差是根據(jù)同一溫度點的20次測量數(shù)據(jù)計算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ=SQR[(xi-X)2／(n-1)])；系統(tǒng)誤差是恒溫箱設(shè)定溫度與本溫度測量系統(tǒng)測量溫度平均值的差值。由表2中數(shù)據(jù)可見，測量系統(tǒng)的最大隨機誤差為0．005℃，且在接近室溫時最??；測量系統(tǒng)的最大系統(tǒng)誤差為-0．009℃，說明Pt1000鉑電阻傳感器的定標(biāo)誤差較小，精度也較高，能滿足高精度溫度測量系統(tǒng)的測量要求，但溫度高端誤差較大，可能與恒溫箱溫度控制精度有關(guān)，有待于進一步定標(biāo)。

4 結(jié)論
利用三線制恒流源驅(qū)動Pt1000鉑電阻，有效克服了導(dǎo)線電阻和自熱效應(yīng)對測量精度的影響；利用單片機計算雙極性驅(qū)動電流下的兩次測量電壓可有效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；恒流源與A／D轉(zhuǎn)換器共用參考基準(zhǔn)，有效消除了參考基準(zhǔn)不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差。在上位機中采用MLS數(shù)值算法抵消噪聲，進一步克服了噪聲和隨機誤差對測量精度和穩(wěn)定度的影響，大大提高了溫度測量精度和穩(wěn)定度，使得整機最大的測量誤差不大于0．01℃。