電阻溫度傳感器Pt1000的特性曲線分析及應用

WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000是利用元件電磁參量隨溫度變化的特性對溫度與溫度有關的參量進行檢測的裝置。因其線性度相對較好，耐氧化能力很強，并且溫度范圍寬，其測溫的范圍從-200℃～+650℃，目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究工作中得到廣泛使用。該傳感器的信號處理電路需要完成將與溫度有關的電阻變化信號變換成統(tǒng)一的電壓信號。

1、Pt1000的輸出特性曲線

將Pt1000放入高低溫實驗箱中，將溫度設定為-30℃～+70℃，測得溫度傳感器在不同溫度下的電阻值，測得數(shù)據(jù)如圖1所示。在測量溫度范圍內(nèi)，Pt1000輸出電阻值與溫度成一定的比例關系。但是在高溫和低溫條件下，有一定的偏差，需要在調(diào)理電路中進行溫度補償。

2、基本恒流源電路

鉑電阻溫度傳感器的信號處理電路可以采用恒壓源或恒流源，通過對恒壓源的研究，發(fā)現(xiàn)在實際應用中存在不穩(wěn)定，精度不高等問題，其原因是恒電壓工作時，除了鉑電阻本身的非線性誤差外，還會產(chǎn)生恒電壓工作電路的固有誤差，從而使得整個電路的系統(tǒng)誤差變大。因此本文設計采用的是恒流源的方法。

基本的恒流源電路見圖2，用鉑電阻RT代替反相放大器的Rf，根據(jù)反相放大器的公式可以得到：

Vi，R1固定后，流過RT的電流恒定，Vo與RT成正比，從RT的變化可以得到相應的電壓的變化，從而實現(xiàn)了電壓輸出，并且線性度保持不變。

3、帶同相輸入的溫度處理電路

理想溫度傳感電路在0℃時輸出電壓為0 V，而在圖1中RT=1 000.8 Ω，代入式（1）得到的Vo不為0，所以需要對電壓進行調(diào)零。實現(xiàn)的方法是在圖2中的運放的同相端加一個輸入電壓進行調(diào)整，如圖3所示。

所以只要k能調(diào)到合適的值，就可以使信號實現(xiàn)調(diào)零。但因為這只是理論上的計算，實際的運放不是理想的，各個電阻也會由于溫度等的影響，阻值不會完全符合標稱阻值。所以不固定R2和R3的大小，在實際中采用可變電阻進行微調(diào)。

同相輸入端調(diào)整電壓的加入使得即使溫度升高，輸出電壓也會減小，因此為了保證信號在-30℃～+70℃時線性輸出-300～700 mV，在調(diào)零后再用一個放大電路對放大系數(shù)進行調(diào)節(jié)。如圖4所示。

圖4所示為反相放大電路，他不光可以實現(xiàn)一個放大信數(shù)為A=R5／R4的放大效果，還可以將通過前級運放反相了的電壓Vo1再反相，即變成了符合要求的正相電壓了。

4 、線性化補充處理

經(jīng)過運放1后的關系為式（2）所示。經(jīng)過運放2的線性放大，若RT一定，Vo與Vi是成正比的，所以要保持線性，Vi最好是一個定值，否則Vo的函數(shù)關系中便出現(xiàn)了Vi和RT兩個函數(shù)值，不能準確實現(xiàn)對溫度的測量了。設計給出的電壓波動范圍是±10％VCC，一定溫度下RT為定值，那么最后的Vo也有±10％的波動，采用統(tǒng)一的R-T關系判斷，在測量范圍內(nèi)所得到的溫度誤差變?yōu)榱恕?0℃，這是不能容忍的。電路必須有可靠的高精度的穩(wěn)壓裝置，因此在電路實際工作中，不用自接供電的方式，可采用高精度的電壓基準MAX6025提供標準的2.5 V電壓基準對元件和電路進行供電。

另外，由Pt1000鉑電阻值R與溫度T的關系可知，在測量溫度范圍內(nèi)，Pt1000具有3.786 59 Ω／℃的高靈敏度，因此只需要選用通用型的運放就可以了。所采用電阻的溫度系數(shù)匹配時，非線性誤差也可以不用考慮。

5、實際溫度傳感信號處理電路

實際溫度傳感信號處理電路見圖5，電路圖中的電容C是降噪電容器，實際取值1μF，2.5 V電壓基準由MAX6025提供。依據(jù)圖中給定參數(shù)，在進行實際溫度測試前，首先要對其進行調(diào)零和調(diào)滿。用精密可調(diào)電阻代替Pt1000連接到電路中，改變阻值使其等于0℃時的等效電阻1 000.8 Ω，調(diào)可變電阻R5，使輸出電壓為0，再改變精密可調(diào)電阻值到70℃的1 265.8 Ω，調(diào)可變電阻R6，使輸出為700 mV，完成調(diào)零和調(diào)滿。該電路經(jīng)過實驗測試，達到很好的溫度傳感效果。

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