鉑電阻的溫度測量系統

溫度控制的核心是溫度測量，采用鉑電阻測量溫度是一種有效的高精度溫度測量方法，但具有以下難點：引線電阻、自熱效應、元器件漂移和鉑電阻傳感器精度。其中，減小引線電阻的影響是高精度測量的關鍵點。對于自熱效應，根據元件發熱公式P=I2R，必須使流過元件的電流足夠小才能使其發熱量小，傳感器才能檢測出正確的溫度。但是過小的電流又會使信噪比下降，精度更是難以保證。此外，一些元器件和儀器很難滿足元器件漂移和鉑電阻傳感器精度的要求。
 

　　這里提出采用三線制恒流源驅動方案克服引線電阻、自熱效應，利用單片機系統校正控制方案實現元器件漂移和鉑電阻傳感器精度校準，zui后在上位機中采用MLS數值算法實現噪聲抵消，大大提高了溫度測量精度和穩定度。

　　1 高精度測量方案及原理

　　鉑電阻傳感器是利用金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測溫元件進行溫度測量的關鍵是要能準確地測量出鉑電阻傳感器的電阻值。按照IEC751標準，現在常用的Pt1000(Ro=1 000 Ω)是以溫度系數TCR=0.003 851為標準統一設計的鉑電阻。其溫度電阻特性是：

　　本溫度測量系統采用三線制恒流源驅動法驅動鉑電阻傳感器。三線制恒流源驅動法是指用硬件電路消除鉑電阻傳感器的固定電阻(零度電阻)，直接測量傳感器的電阻變化量。圖L為三線制恒流源驅動法高精度測量方案，參考電阻與傳感器串聯連接，用恒流源驅動，電路各元件將產生相應的電壓，傳感器因溫度變化部分電阻的電壓可以由后面的放大電路和A/D轉換器直接測量，并采用2次電壓測量—交換驅動電流方向，在每個電流方向上各測量一次。其特點是直接測量傳感器的電阻變化量，A/D轉換器利用效率高，電路輸出電壓同電阻變化量成線性關系。傳感器采用三線制接法能有效地消除導線電阻和自熱效應的影響。利用單片機系統控制兩次測量電壓可以避免接線勢壘電壓及放大器、A/D轉換器的失調與漂移產生的系統誤差，還可以校準鉑電阻傳感器精度。恒流源與A/D轉換器共用參考基準，這樣根據A/D轉換器的計量比率變換原理，可以消除參考基準不穩定產生的誤差，不過對恒流源要求較高，電路結構較為復雜。為了進一步克服噪聲和隨機誤差對測量精度和穩定度的影響，zui后在上位機中采用MLS數值算法實現噪聲抵消，大大提高了溫度測量精度和穩定度。