基于Pt100的高精度测温电路

将恒定阻值的 Rc和Rt并联, 分别通过ADC芯片的两个基准电流源输出口供电, 可得

V0=Iout1Rt-Iout2Rc(2)

取 Iout1=Iout2=I=210SymbolmA@A, Rc=R, Rt=R+ΔR且R=100 SymbolWA@, 式(2)可化为

V0=IΔR(3)

根据AD转换关系式, 可得

V0=DVref/k(4)

式中:D为数字量取[0, 1]; k为放大增益.由此通过式(3)和式(4)变换得到

ΔR=DVref/kIΔT=DVref/0.385kI(5)

式中:设置电压 Vref为1.17 V; 电流 I为210 SymbolmA@A; Δ R为铂电阻对应摄氏温度下的阻值与100 SymbolWA@标准阻值的差. k为最大系数128时, 可得

ΔT=113.057D(6)

说明满量程温度变化113.057 ℃, 已经达到了充分利用 D的数位要求.

对于分辨率, 假设当 T=0.000 1 ℃时, 对应电阻为 R=39 μ W, 那么在210 SymbolmA@A的电流下, 输入电压为 V0=8.19 nV, 放大128倍, 为1.048 3 μ V.使用内部基准电压1.17 V作为参考电压, 在放大倍数为128时, AD最大的有效分辨率为19位, 则此时最低数字量度为1.17/219≈ 2.231 6 μ V, 约为1.048 3 μ V的2.13倍, 故该改进电路理论分辨率可达0.000 2 ℃, 能够满足实际测量要求.

虽然上述改进电路方案可以提高有效分辨率和有效数字位的利用率, 但是该电路中精密电阻仍会带来误差.

引入误差的参量.结合式(1)~式(5), 可得

ΔT=[(DVref/kI)±(a+b)](0.385-10-4c)(7)

式中:a与b分别为R c 与R t在0 ℃下的绝对误差.由于采用测温精度为0.15 ℃的铂热电阻, 其固定误差约为0.06.将 a=0.1, b=0.06, c=50带入式(7), 得

ΔT=(DVref/0.38kI)±0.4156(8)

对比式(6), 考虑误差后多了0.415 6的绝对误差, 但该误差属于系统误差, 该电路测温示数与现有标准仪器示数进行对比时, 可予以消除.

因此, 设计一个将绝对温度转换为相对温度的方案, 既采用100 Symbol WA@的 Rc和Rt设计串联电路, 将两者电压差作为模拟输入, 并以ADC芯片的内部基准电压为参考电压.以Δ R表示Δ T, Δ V作为模拟输入表达Δ R, 通过这种办法可解决现有电路中数字信号取值范围利用率低的问题, 同时提高了测量温度的有效分辨率, 也有利于提高精度.