一种铂电阻温度传感器的优化设计
【图文】：
拥幕肪诚伦既返夭?出数据。根据温度传感器测量位置设计出测温范围在－20～450℃的高精度铂电阻温度传感器，，误差小于0．5℃。应用铂电阻传感器测量温度要解决以下几个问题:铂电阻的引线电阻，精密的激励源，自身非线性，系统的精度，自热效应等［1］。本设计采用微电流驱动三线制铂电阻Pt100，三线制接法可以去除线阻产生的测量误差，和减小自热效应的影响，通过精密驱动电流和反馈电路提高测量精度。1电路组成铂电阻温度传感器由铂电阻、恒流源、差分放大电路、反馈电路和压控电压源二阶低通滤波电路组成，如图1所示。恒流源通过桥电路使铂电阻的阻值变化转换成电压变化，经差分放大器使微小的电压放大到理想的电压，反馈电路使铂电阻传感器的线性度更高，压控电压源二阶低通滤波电路滤除干扰信号。图1铂电阻温度传感器的电路组成2电路设计2．1恒流源驱动电路本设计采用恒流源LM134驱动铂电阻传感器，避免电流过大造成铂电阻自热效应过大使测量精度降低，电流过小不能保证铂电阻传感器的灵敏度，因此通过LM134和精密滑动变阻器得到1mA电流［2］。在实际测温环境测温时，随着温度的变化，恒流源激励电
第11期姜喜洋等:一种铂电阻温度传感器的优化设计11流也会随着变化。这是由于横流源的输出电压有227μV/℃的正温度系数，即使变化很微弱，但对于整个测量系统来说对测量精度的影响是非常大的。对此采用电流补偿电路，参见LM134芯片手册，采用如下驱动电路(Ｒ1∶Ｒ2=1∶10)。搭接驱动电路见图2。图2恒流源驱动电路原理图将电路放入高低温试验箱中验证输出电流。试验结果如表1所示，Ｒ1=100Ω，Ｒ2=1kΩ。表1电流输出数据试验温度/℃理论电流/mA实测电流/mA－401．341．297－201．341．31101．341．326251．341．345401．341．356601．341．370分析测试结果得驱动电路温度补偿不理想。由于驱动电流误差将对测量结果产生误差。UOUT=ＲPt×I×A(1)式中:ＲPt为铂电阻阻值;I为激励电流;A为整体放大倍数。测量精度=(I－I理论)/I，根据表1数据，计算出测量误差大于5%;实际验证得出补偿电阻Ｒ1∶Ｒ2≠1∶10，根据图2，将Ｒ1，Ｒ2换成高精度滑动变阻器，再次放入高低温试验箱中测试，测试结果如表2所示。表2电流输出数据Ｒ1，Ｒ2/Ω电流/mA－40℃－20℃0℃25℃40℃60℃100，5002．06542．04912．03282．01242．00011．9838100，6001．80941．80341．79741．78981．78531．7793100，7001．62661．62791．62921．63091．63181．6332100，6501．71101．70891．70681．70421．70261．7006100，6751．66721．66691．66661．66611．66601．6656100，6851．65061．65091．65131．65171．65201．6524100，6801．65881．65891．65891．65891．65891．6589根据最佳逼近法，实际测得Ｒ1∶Ｒ2≈1∶6．8。根据恒流源LM134芯片手册有:I≈IＲ1+IＲ2+IBI
【作者单位】： 中北大学电子测试技术国家重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;
【分类号】：TP212
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