铂电阻温度传感器的设计与计算（电桥式）(2009-03-31 20:50:09) 转载 标签： 杂谈分类：我的毕业设计一、Pt100 工作原理及其主要技术参数工作原理及其主要技术参数Pt100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为：（1）-200t0时，RPt100=1001+At+Bt2+Ct3（t-100） （1）（2）0t850时，RPt100=100（1+At+Bt2） （2）式中，A=3.9080210-3；B=-5.8010-7；C=4.273510-12。Pt100 温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200+850；允许偏差值：A 级（0.150.002t）， B 级（0.300.005t）；热响应时间30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm；允通电流5mA。另外，Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。温度计算：0-250 度 最大计算误差 0.05 度T = 9E-10*Rt4+4E-07*Rt3+0.0008*Rt2+2.3828*Rt-246.81-199600 使用分段多项式计算二、电桥采集数据的电路图及原理二、电桥采集数据的电路图及原理Pt100 电桥电路如图 2 所示。其中，R1R2R3RPt100组成电桥，R1=R2=R3=R0。为了避免流过 Pt100 传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求 Im5mA，电桥电压 Vbrg=1V。电桥输出压差为： VD= （3）令 RPt100-R0=R，则有：VD= 由 Pt100 温度/阻值对应关系式可知，当温度较低时，Pt100 的阻值变化量 R 相对于 R0较小，则电桥输出压差为： VD= ，即 VD正比于 Pt100 传感器的阻值变化量R，也说明温度较低时，Pt100 传感器的线性度良好；当温度较高时，R/R0的值较大，Pt100 传感器的线性度变差，此时要用软件来较正。三、测量中的定量计算及误差分析三、测量中的定量计算及误差分析1、运算放大器放大倍数的确定由传感器的温度和阻值关系式可知，当温度变化 1时，Pt100 的阻值变化约为 0.38W，对应的电桥输出压差为：VD= =0.001V。若采用 8 位 A/D 转换器，分辨率为 0.0196V，则运算放大器的最小放大倍数应为 20 倍。若测温的上限定为 85 （倾点温度一般小于该温度）， Pt 传感器在 85时的理论阻值为 132.8W，电桥电压为 1V，则 VD= 0.08296V0.083V，即运放的最大放大倍数为60.3。综合上述，可限定运放的放大倍数应在 2060 之间。2、误差分析（1）桥电压 Vbrg=1V 时波动产生的误差从上面的分析可知，在某一温度时，PtR0不变，设电桥电压有 Vbrg（mV）的变化，就会导致 VD有 （mV）的变化。在 0时，R=5W，则 VD= =0.013V(mV)；若令 VD=1mV，则 V=76mV，即 0左右，电桥电压 Vbrg有 76mV 波动，会引起 1的温度误差；同理在 85左右，电桥电压有 10mV 的波动，则会引起 1的温度误差。可见电桥电压 Vbrg=1V 时的波动系数给对测温带来的误差是很大的，应将其电压波动限制在 1mV 的级别上。（2）运放非线性产生的误差由于运放的放大倍数应在 2060 之间，可将放大倍数定为 50；若测温范围是 085，则在 0时，VD=13mV；在 85时，VD=99.5mV，说明输入信号的范围在13mV99.5mV 之间变化。以平均值 50 作为放大倍数，此时输入信号为 13mV，换算出来的输入电压信号值为 12.48mV，VD=-0.52mV，将会引起约 1.5的误差。由此可见运放的非线性将会带来大约 1.5的误差，在实际测量中，提高运放线性度以及运放放大倍数均可以减少由运放带来的误差。（3）A/D 转换器非线性带来的误差在实际应用中会发现，对同一模拟输入信号 Vi，经 A/D 转换得出的数字量会有1 位的跳变，这是由 A/D 转换器的判断误差造成的。A/D 转换器的一位跳变对应的电压值，即为该八位 A/D 转换器的分辨率，为 0.0196V=19.6mV；折算到输入端对应的电压值为0.392mV，将会产生 0.392的温度误差。（4）A/D 转换器参考电压 Vref带来的误差A/D 转换器采用逐次逼近式转换器 AD0809，其转换速度较慢，如果输入信号在转换过程中不断变化，则易发生错误，使用时应加采样保持器，且只对本次采样的信号进行转换，以确保转换信号可靠性。另外，在比较转换过程中，Vref的变化会对输出的二进制代码有影响。在模拟输入信号不变的情况下，若 Vref变大，会导致输出的二进制代码变小；反之，则变大，从而导致了温度误差