基于鉑電阻的高精度溫度檢測電路

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

2　電路結(jié)構(gòu)及工作原理

本文介紹電橋型溫度檢測電路和電流源型溫度檢測電路。

2.1　電橋型溫度檢測電路

圖1所示的電路為電橋型溫度檢測電路。

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,我們曾經(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　電流源型溫度檢測電路

圖2是另一種基于鉑電阻的精密溫度檢測電路,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對測量帶來的誤差;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問題。我們在多個(gè)科研課題中采用上述兩個(gè)電路進(jìn)行高精度溫度測量,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電路與常用的一些檢測電路相比,具有精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試簡單、對元器件要求不高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn),能夠滿足高精度溫度檢測的要求。