CN110987223B - 一种改进的高精度铂电阻测温电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的高精度铂电阻测温电路，包括激励UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF、标准电阻RSTD、第一信号运放部分和第二信号运放部分，激励源UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联连接，激励源UEX为5V的激励源，第一信号运放部分连接于铂电阻Rt和基准电阻RREF两端，用于输出二者压降差的放大增益Uout，第二信号运放部分连接于标准电阻RSTD两端，用于输出其压降Us，本发明的测温电路使用12位的AD模块采集输出，就可达到0.01℃的精度。
Description
技术领域
本发明涉及高精度测温技术领域，具体涉及一种改进的高精度铂电阻测温电路。
背景技术
由于铂电阻具有测温范围宽、线性度好、稳定性高、结构简单等优点，经常被应用到高精度测温系统中。然而，铂电阻的阻值小，其测量精度易受到引线电阻、热电动势、电压测量误差等因素影响，其测量精度难以达到0.01℃。
鉴于此，特提出此发明。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种改进的高精度铂电阻测温电路，使用12位的AD模块采集输出，就可达到0.01℃的精度。
本发明的高稳定度恒流源产生电路的技术方案是这样实现的：
一种改进的高精度铂电阻测温电路，包括激励UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF、标准电阻RSTD、第一信号运放部分和第二信号运放部分，激励源UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联连接，激励源UEX为5V的激励源，用于测量固定温度值时，基准电阻RREF的阻值等于该固定温度值对应的铂电阻Rt的阻值，用于测量固定温度范围时，基准电阻RREF的阻值从该固定温度范围对应的铂电阻Rt的阻值范围内取值，标准电阻RSTD的阻值为4.8KΩ，第一信号运放部分连接于铂电阻Rt和基准电阻RREF两端，用于输出二者压降差的放大增益Uout，第二信号运放部分连接于标准电阻RSTD两端，用于输出其压降Us。
进一步，激励源UEX为双向激励源，通过双向激励源消除热电势对测量的影响，激励源UEX包括电压基准源和模拟开关，模拟开关为两个，模拟开关包括两个输入端、一个输出端，电压基准源的正负端分别与两模拟开关不同输入端连接，两模拟开关的输出端为激励源UEX的两个输出端，铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联于两模拟开关的输出端之间。
进一步，电压基准源采用稳定输出5V的LTC6655BHL8-5，模拟开关采用ADG709，模拟开关的控制信号通过方波电路产生。
进一步，第一信号运放部分包括运放1、运放2、运放3和运放4，铂电阻Rt上端与运放1的正输入端连接，运放1的负输入端与输出端连接，运放1的输出端通过电阻R2与运放4的正输入端连接，铂电阻Rt下端与运放2的正输入端连接，运放2的负输入端与输出端连接，运放2的输出端通过电阻R1与运放4的负输入端连接，基准电阻RREF下端与运放3的正输入端连接，运放3的负输入端与输出端连接，运放3的输出端通过电阻R3与运放4的正输入端连接，运放4的负输入端与输出端通过电阻R4连接，运放4的正输入端通过电阻R5接地，运放4的输出端输出Uout。
进一步，第二信号运放部分包括运放5、运放6和运放7，标准电阻RSTD的上端与运放5的正输入端连接，运放5的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R6与运放7的正输入端连接，标准电阻RSTD的下端与运放6的正输入端连接，运放6的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R7与运放7的负输入端连接，运放7的负输入端和输出端通过电阻R9连接，运放7的正输入端通过电阻R8接地，运放7的输出端输出Us。
进一步，基准电阻RREF和标准电阻RSTD为威世生产的片式合金箔固定电阻器，保证二者的精度。
进一步，铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD组成测温传感器，使用时放置在控温对象上。
本发明的有益效果是：电路结构简单，且使用12位的AD模块采集输出，就可达到0.01℃的精度，因此可降低成本。
附图说明
图1为实施例一的改进的高精度铂电阻测温电路的电路图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例一：
一种改进的高精度铂电阻测温电路，包括激励UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF、标准电阻RSTD、第一信号运放部分和第二信号运放部分，激励源UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联连接，激励源UEX为5V的激励源，用于测量固定温度值时，基准电阻RREF的阻值等于该固定温度值对应的铂电阻Rt的阻值，用于测量固定温度范围时，基准电阻RREF的阻值从该固定温度范围对应的铂电阻Rt的阻值范围内取值，标准电阻RSTD的阻值为4.8KΩ，第一信号运放部分连接于铂电阻Rt和基准电阻RREF两端，用于输出二者压降差的放大增益Uout，第二信号运放部分连接于标准电阻RSTD两端，用于输出其压降Us，铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD组成测温传感器，使用时放置在控温对象上，控温对象的稳定性较高，可以有效消除基准电阻RREF和标准电阻RSTD的温漂对测温准确度的影响。
激励源UEX为双向激励源，通过双向激励源消除热电势对测量的影响，激励源UEX包括电压基准源和模拟开关，模拟开关为两个，模拟开关包括两个输入端、一个输出端，电压基准源的正负端分别与两模拟开关不同输入端连接，两模拟开关的输出端为激励源UEX的两个输出端，铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联于两模拟开关的输出端之间，本实施例优选的，电压基准源采用稳定输出5V的LTC6655BHL8-5，模拟开关采用ADG709，模拟开关的控制信号通过方波电路产生。
第一信号运放部分包括运放1、运放2、运放3和运放4，铂电阻Rt上端与运放1的正输入端连接，运放1的负输入端与输出端连接，运放1的输出端通过电阻R2与运放4的正输入端连接，铂电阻Rt下端与运放2的正输入端连接，运放2的负输入端与输出端连接，运放2的输出端通过电阻R1与运放4的负输入端连接，基准电阻RREF下端与运放3的正输入端连接，运放3的负输入端与输出端连接，运放3的输出端通过电阻R3与运放4的正输入端连接，运放4的负输入端与输出端通过电阻R4连接，运放4的正输入端通过电阻R5接地，运放4的输出端输出Uout。
本实施例中，铂电阻Rt上端为铂电阻Rt与模拟开关连接的一端，设这一端的电压为Up+，铂电阻Rt下端为铂电阻Rt与基准电阻RREF连接的一端，设这一端的电压为Up-，基准电阻RREF下端为基准电阻RREF与标准电阻RSTD连接的一端，设这一端的电压为Uref，取电阻值R2＝R3＝2R1，Uout的计算公式如下：
其中：A为电路放大增益，其值为R4/R2，再一方面R5为补偿电阻，为保证集成运放输入级差分放大电路的对称性，R5的取值应满足如下公式：
R4//R1＝R5//R2//R3 (2)
求得R5＝R4。
第二信号运放部分包括运放5、运放6和运放7，标准电阻RSTD的上端与运放5的正输入端连接，运放5的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R6与运放7的正输入端连接，标准电阻RSTD的下端与运放6的正输入端连接，运放6的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R7与运放7的负输入端连接，运放7的负输入端和输出端通过电阻R9连接，运放7的正输入端通过电阻R8接地，运放7的输出端输出Us。
本实施例中，标准电阻RSTD上端为标准电阻RSTD与基准电阻RREF连接的一端，这一端的电压为Uref，标准电阻RSTD下端为标准电阻RSTD与模拟开关连接的一端，设这一端的电压为Ustd，取电阻值R6＝R7＝R8＝R9，Us的计算公式如下：
本实施例的改进的高精度铂电阻测温电路，测量精度方面，使用12位的AD模块采集Uout即可满足0.01℃的测量精度的需求，测量范围方面，测量范围可以达到0～10℃。
测量精度分析如下：根据AD模块的实测数据，12位的AD模块转换数据位稳定在10位，电压测量范围为5V，因此电压分别率Udiv＝5V/210＝4.88mV，温度变化0.01℃时，铂电阻Rt电阻的变化量为3.89mΩ，流经铂电阻Rt的电流约为1mA，因此温度变化0.01℃时，铂电阻Rt两端的电压的变化量Δu＝3.89mΩ*1mA＝3.89μV，为使得可以测量△u，需Udiv＜Δu*A，计算得到A≈1254，因此令A＞1254时，使用12位的AD模块采集Uout即可满足0.01℃的测量精度。
测量范围分析如下：根据如下公式：
UP+＝IEX(RSTD+RREF+Rt) (4)
UP-＝IEX(RSTD-RREF) (5)
UREF＝IEXRSTD (6)
将公式(4)～(6)带入公式(1)得：
Uout＝AIEX(Rt-RTEF) (7)
公式(7)中，IEX的计算公式如下：
将公式(8)带入公式(7)得：
将RSTD＝4.8KΩ，RREF＝100Ω，Uout＝5v(该值为AD模块电压测量范围的上限值)，UEX＝5v，A＝1300带入上式求得Rt＝103.849Ω，对应温度值为10℃。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种改进的高精度铂电阻测温电路，其特征在于，包括激励源 UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF、标准电阻RSTD、第一信号运放部分和第二信号运放部分，激励源UEX、铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联连接，激励源UEX为5V的激励源，用于测量固定温度值时，基准电阻RREF的阻值等于该固定温度值对应的铂电阻Rt的阻值，用于测量固定温度范围时，基准电阻RREF的阻值从该固定温度范围对应的铂电阻Rt的阻值范围内取值，标准电阻RSTD的阻值为4.8KΩ，第一信号运放部分连接于铂电阻Rt和基准电阻RREF两端，用于输出二者压降差的放大增益Uout，第二信号运放部分连接于标准电阻RSTD两端，用于输出其压降Us；
激励源UEX为双向激励源，通过双向激励源消除热电势对测量的影响，激励源UEX包括电压基准源和模拟开关，模拟开关为两个，模拟开关包括两个输入端、一个输出端，电压基准源的正负端分别与两模拟开关不同输入端连接，两模拟开关的输出端为激励源UEX的两个输出端，铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD串联于两模拟开关的输出端之间；
第一信号运放部分包括运放1、运放2、运放3和运放4，铂电阻Rt上端与运放1的正输入端连接，运放1的负输入端与输出端连接，运放1的输出端通过电阻R2与运放4的正输入端连接，铂电阻Rt下端与运放2的正输入端连接，运放2的负输入端与输出端连接，运放2的输出端通过电阻R1与运放4的负输入端连接，基准电阻RREF下端与运放3的正输入端连接，运放3的负输入端与输出端连接，运放3的输出端通过电阻R3与运放4的正输入端连接，运放4的负输入端与输出端通过电阻R4连接，运放4的正输入端通过电阻R5接地，运放4的输出端输出Uout；
取电阻值R2＝R3＝2R1；
铂电阻Rt、基准电阻RREF和标准电阻RSTD组成测温传感器，使用时放置在控温对象上。
2.如权利要求1所述的一种改进的高精度铂电阻测温电路，其特征在于，电压基准源采用稳定输出5V的LTC6655BHL8-5，模拟开关采用ADG709，模拟开关的控制信号通过方波电路产生。
3.如权利要求1所述的一种改进的高精度铂电阻测温电路，其特征在于，第二信号运放部分包括运放5、运放6和运放7，标准电阻RSTD的上端与运放5的正输入端连接，运放5的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R6与运放7的正输入端连接，标准电阻RSTD的下端与运放6的正输入端连接，运放6的负输入端与输出端连接，运放5的输出端通过电阻R7与运放7的负输入端连接，运放7的负输入端和输出端通过电阻R9连接，运放7的正输入端通过电阻R8接地，运放7的输出端输出Us。
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