铂热电阻温度传感器测温电路

铂热电阻温度传感器测温电路

时间：2010-01-10 15:08:48  来源：深圳  作者：徐明发

 使用运算放大器和铂测温电阻温度检测电路

1，测温电阻转换电路

　　测温电阻是利用电阻值随温度变化的器件，在金属中，JIS规定了铂测温电阻、铜测温电阻的标准。而且，由0℃时的电阻值R0和t℃时的电阻值Rt之比(Rt/R0)求温度t。在任意t℃时的电阻值Rt为

      Rt=R0{1+a(t-t0)}    (1)

  这里，a是温度系数，铂为0.003916，铜为0.004250。

  测温电阻的电阻值，在0℃用100Ω或50Ω。

  铜测温电阻的温度系数不随温度变化，所以不需要线性补偿。但是缺点是能够使用的最高温度低，约为120℃。

  铂测温电阻适合于±200℃左右比较低温的温度测定由于精度好，多被采用。但是，电阻温度系数稍有些非线性，所以需要进行线性补偿。

  可是铂测温电阻的温度-电阻特性为饱和型，特性式为

    Rt＝R0（1+AT+BT2）　（2）

的高次式。

2，测温电阻的线性补偿

　　图1表示铂（Pt）测温电阻的温度－电阻特性是饱和型，所以关于线性补偿不需要使用热电偶那样的折线逼近电路和高次函数发生电路，对高温度可用提高输出电平那样的电路来实现。

　　图2表示测温电阻转换器的基本电路。在这个电路中E为基准电压，输出电压E0电压可以用

　（3）

表示。R4是测温电阻的电阻值。

　　在测温（R4）流过的电流，JIS规定为10，5，2mA。这在测量测温电阻的电阻值时，由于测量电流而产生I2R的焦尔热，成为测定误差，不可忽视，所以规定了测定电流的上限。

　　测定电流小，焦尔热的产生少，输出电压也小，所以还必须考虑下级的放大器精度。

　　可是，在（3）式中，如果将E、R1、R2、R3一定，则产生对应于R4＝Rt变化的输出电压E0。

　　选择R1＝R2，R3＝R4＝100Ω，如果R4电流5mA左右，设E为10V，从下式

　　　　（4）

R1为2.4Ω。但是，图2的基本电路为反相电路，所以产生负的输出电压。

　　在图3中对基本电路为的下一级设计了反相放大电路，并设计了在0℃为0V的零调整和增益调整的电位器。

　　基准电源E使用温度变化小的。在图3中，使用温度系数小的（±50ppm/℃)TL430。

这个电路没有进行线性补偿，所以对大范围的温度测量误差大，不实用。但是，测温电阻的温度－电阻特性，如上所示，有随温度上升变化达到饱和的特性，因此，利用正反馈可以进行线性补偿。

　　图4是使用正反馈进行线性补偿的电路，由于把约4%左右的电压进行正反馈，如图5所示那样，在0～500℃的测温范围内，可进行线性补偿到0.4℃以内的精度。

　　可是，在用微机管理温度这样的模拟信号场合，要用A－D转换器读出输出电压，进行数据处理。测温电阻的线性补偿可以用软件进行比较简单地处理。所以，在考虑系统整体时，需要考虑用硬件进行或用软件进行的问题。

 图1 铂测温电阻的温度-电阻特性非线性         图2 测温电阻的基本电路

               图3 测温电阻的实际电路

               图4 有线性补偿的铂测温电阻电路

     图5 线性补偿后的温度-电阻特性