WZP铂电阻温度传感器Pt1000信号的线性化处理

文章出处：yaxun88 人气：发表时间：2019-11-27 15:03

WZP型铂电阻温度传感器产品Pt1000是通过利用组件的电磁参数随温度变化的特性来检测温度和与温度相关的参数的设备。由于其线性度相对较好，抗氧化性强且温度范围广，因此其温度范围为-200°C至+ 650°C。它被广泛用于工业生产和科学研究。传感器产品的信号处理电路需要完成将与温度相关的电阻变化信号转换为均匀电压信号的转换。

1. Pt1000输出特性曲线
将Pt1000放入高温和低温实验箱中，将温度设置为-30°C〜+70°C，并在不同温度下测量温度传感器产品的电阻值。测量数据如图1所示。在测量温度范围内，Pt1000输出电阻值与温度成正比。但是，在高温和低温条件下，存在一定偏差，并且在调节电路中需要温度补偿。

图1. Pt1000输出特性曲线

2.基本恒流源电路
铂电阻温度传感器产品的信号处理电路可以使用恒压源或恒流源。通过对恒压源的研究，发现在实际应用中存在不稳定，精度低等问题。原因是在恒压工作中，除了铂电阻本身的非线性误差外，还会产生恒压工作电路的固有误差，从而使整个电路的系统误差变大。因此，本文采用恒流源方法。基本的恒流源电路如图2所示。用铂电阻RT代替反相放大器的Rf，可以根据反相放大器的公式获得该电阻：

图2.恒流源电路图

Vi，在R1固定之后，流过RT的电流是恒定的，而Vo与RT成正比。根据RT的变化，可以获得相应的电压变化，从而实现电压输出，并且线性度保持不变。

基本恒流源电路图

3.具有同相输入的温度处理电路
理想温度感测电路在0°C时的输出电压为0 V，在图1中为RT = 1 000.8Ω，并且通过代入公式（1）获得的Vo不为0，因此需要将电压清零。该方法是通过在图2中的运算放大器的同相端上增加一个输入电压来实现的，如图3所示。
具有同相输入的温度处理电路输入电压调整图

因此，只要可以将k调整为适当的值，信号就可以归零。但是，由于这仅仅是理论计算，因此实际的运算放大器并不理想，并且由于温度等的影响，电阻将无法完全满足标称电阻。因此，R2和R3的大小不固定，实际上，使用可变电阻器进行微调。
即使温度升高，同相输入电压的调整也会使输出电压降低。因此，为了确保在-30°C至+70°C时从-300到700 mV的信号线性输出，在归零后使用放大电路。调整放大倍数。如图4所示。
图4显示了反相放大器电路。它不仅可以实现A = R5 / R4的放大效果，而且可以将前级运算放大器反相的电压Vo1反向。满足所需的正相电压。

4.线性化补充处理
运算放大器1之后的关系如公式（2）所示。对运算放大器2进行线性放大后，如果确定RT，则Vo与Vi成正比，因此为了保持线性，Vi最好是一个固定值，否则在Vo的函数关系中将有Vi和RT的两个函数值，这不能准确测量温度。设计给出的电压波动范围为（+ 10％VCC），RT固定在特定温度下。那么最终的Vo也有（+ 10％）波动。使用统一的R-T关系判断，测量范围内的温度误差变为（+ 10％），这是不能容忍的。该电路必须具有可靠的高精度稳压器。因此，在电路的实际工作中，高精度基准电压源MAX6025可用于为元件和电路提供高精度基准电压源。
此外，从Pt1000铂电阻值R和温度T之间的关系来看，Pt1000在测量温度范围内具有3.786 59Ω/°C的高灵敏度，因此仅需要通用运算放大器。当所用电阻的温度系数匹配时，非线性误差可以忽略。
温度感测信号处理电路

5.实际温度感应信号处理电路
实际的温度感测信号处理电路如图5所示。电路图中的电容器C是降噪电容器。实际值为1μF。 MAX6025提供2.5V基准电压。根据图中给出的参数，在执行实际温度测试之前，必须先将其调零并完全调整。使用精密可调电阻代替Pt1000连接到电路，在0°C下将电阻更改为等于0 000.8Ω的等效电阻，调整可变电阻R5，以使输出电压为0。然后更改精密可调电阻在70°C下将电阻值设置为1 265.8Ω，调节可变电阻R6，并使输出为700 mV，完成调零和完全调节。该电路已经过实验测试，以实现良好的温度感应效果。

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