CN1952632A - 带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，包括铂热电阻及信号调理电路，其中铂热电阻(1)经过信号调理电路(2)连接至传感器接口电路(3)，EEPROM(5)经过I2C总线(4)与传感器接口电路(3)相连，EEPROM存储器内部存储着铂热电阻(1)的身份信息、校正功能信息、模拟输出电平信息。校正功能信息所使用的校正引擎为初始值定位加平方根校正法，铂热电阻为Pt100，初始值定位方法为在选定三个基准温度的条件下，分别测量铂热电阻的阻值，然后根据铂热电阻Pt100的温度电阻关系式，采用两次直线逼近平方根校正法，求出测定温度值t。

Description

带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器

技术领域

本发明涉及一种带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，属于温度测量与控制的仪器，具体说来是一种根据导体电阻随温度变化规律来测量温度的温度传感器。

背景技术

最常用的电阻温度计都是采用金属丝烧制成的感温元件。主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，精密铂电阻温度计目前是测量准确度最高的温度计。但是铂热电阻仍然存在固有的非线性，目前高精度的铂热电阻温度传感器一般采用高精度的铂热电阻或者设计复杂的校正电路，而这些措施往往将大大增加系统的成本，增加系统的复杂程度。

同时，目前出现许多多功能的测量设备，其采用通用的数据采集系统，只需更换带有统一接口的传感器即可实现多功能的测量。因此需要各种传感器具有统一的接口，并带有身份识别信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，可以用最普通的铂热电阻实现高精度的测量，并具有与多功能数据采集系统实现识别与测量功能的铂热电阻温度传感器。

本发明的技术方案：本发明的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器包括铂热电阻及信号调理电路，其中铂热电阻1经过信号调理电路2连接至传感器接口电路3，EEPROM5经过I2C总线4与传感器接口电路3相连，EEPROM存储器内部存储着铂热电阻1的身份信息、校正功能信息、模拟输出电平信息。

所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，校正功能信息所使用的校正引擎为初始值定位加平方根校正法，铂热电阻为Pt100，初始值定位方法为在选定三个基准温度的条件下，分别测量铂热电阻的阻值，然后根据铂热电阻Pt100的温度电阻关系式，在0～850℃范围内：R_t＝R₀(1+At+Bt²)计算R₀、A、B，再将t与Rt之间是平方根的关系化简为 $t=\frac{-A+\sqrt{R_t^{\′}}}{2B},$ 采用两次直线逼近平方根校正法，求出测定温度值t。

所述的铂热电阻1、信号调理电路2、传感器接口电路3、EEPROM存储器5是封装成一体由传感器接口电路3作为与数据采集系统相连的输出端口。

所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，信号调理电路包括非平衡电桥测温电路和信号放大电路，非平衡电桥测温电路由电阻R₁、R₂、R₃和铂热电阻Pt100组成电桥，铂热电阻Pt100的变化反应在桥臂输出电压的变化，送到信号放大电路。

所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，信号放大电路采用高精度仪表放大器AD620。

所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，传感器的电源输入端放置滤除电源噪声的电解电容。

本发明的优点：本发明能够通过使用廉价的B级Pt100铂热电阻传感器实现较高精度的温度测量，对比未加校正功能的铂热电阻传感器能提高测量精度0.1～0.4℃。并且能够实现热插拔和自动识别。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是数据采集器与本发明的传感器连接关系图。

图3非平衡电桥测温电路和信号放大电路。

具体实施方式

如图1：本发明的铂热电阻1经过信号调理电路2连接至传感器接口电路3；EEPROM5经过I2C总线4与传感器接口电路3相连。

所述的铂热电阻1、信号调理电路2、传感器接口3、EEPROM存储器5是封装成一体，由传感器接口电路3作为与数据采集系统相连的输出端口，通过电缆与数据采集系统相连。EEPROM内部存储着铂热电阻1的身份信息、校准信息、模拟输出电平信息。

传感器接口的定义如下：+9V、-9V、GND是电源传输线，SCL、SDA是I²C总线的时钟线和数据线。ADDR0及ADDRl是两根地址线。A_OUT是模拟输出信号线，D_OUT是数字信号输出线。STATUS是插上与拔出状态的信号线。C1、C2为10～100uF的电解电容，分别接在+9V与地、-9V与地之间，滤除电源噪声。

图3非平衡电桥测温电路和信号放大电路

传感器变换电路采用非平衡点桥测温电路，图中由电阻R₁、R₂、R₃和铂热电阻Pt100组成电桥，R₁、R₂、R₃均为高精度低温漂的金属电阻。R₁、R₂均为2.4K，R₃为100Ω，铂热电阻Pt100的变化，反应在桥臂输出电压的变化，送到信号放大电路。信号放大电路采用高精度的仪表放大器AD620。非平衡电桥的输出分别接AD620的2脚和3脚。R4的两端分别接AD620的第1脚和第八脚，R4可调节增益。

具体工作过程：

铂热电阻Pt100由于纯度、工艺等原因，在一特定温度下，其电阻值与标称值是有一定的误差的，首先需要对铂热电阻传感器进行初始定位。定位方法是在0℃、100℃和850℃处，分别测量传感器的电阻值分别为R₀、R₁₀₀和R₈₅₀。根据以下方程式可求得A和B常数：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{100}=R_0(1+A\×100-B\×{100}^2)\\ R_{850}=R_0(1+A\×850-B\×{850}^2)\end{array}\right.$

继而可以代入铂热电阻Pt100的温度电阻关系式(0～850℃)：

R_t＝R₀(1+At+Bt²)

由上式可知，t与Rt之间是平方根的关系。解方程得：

$t=\frac{-A+\sqrt{A^2-4B(1-\frac{R_T}{R_0})}}{2B}=\frac{-A+\sqrt{(A^2-4B)-\frac{4B}{R_0}}{R}_t}{2B}$

令 $R_t^{\′}=(A^2-4B)-\frac{4B}{R_0}{R}_t,$ 化简得 $t=\frac{-A+\sqrt{R_t^{\′}}}{2B}$

这里涉及到一种求取平方根的单片机算法。我们采用两次直线逼近的方法来求取。取Pt100铂热电阻在0～850℃范围内25个间隔均匀的温度值，并测定它的电阻值R_ti，将这些值代入根号的多项式，计算所得的值R_ti′并开方 将这25个值事先存入EEPROM中。

在某一点的温度上进行校正时，首先测定该温度时的电阻值R_t，经过计算R_t′，判断其所在直线段的范围[R_ti′，R_t(i+1)′]，然后计算

$t^{\′=}\sqrt{R_{\mathrm{ti}}^{\′}}+\frac{\sqrt{R_{t(i+1)}^{\′}}-\sqrt{R_{\mathrm{ti}}^{\′}}}{R_{t(i+1)}^{\′}-R_{\mathrm{ti}}^{\′}}\·(R_t^{\′}-R_{\mathrm{ti}}^{\′}),$ 式中 可以查表得到。再将t′代入 $t=\frac{1}{2}(t^{\′}+\frac{R_t^{\′}}{t^{\′}})$ 。用两次直线逼近的方法来求出测定温度值t。

Claims (6)

1.一种带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，包括铂热电阻及信号调理电路，其特征在于：其中铂热电阻(1)经过信号调理电路(2)连接至传感器接口电路(3)，EEPROM(5)经过I2C总线(4)与传感器接口电路(3)相连，EEPROM存储器内部存储着铂热电阻(1)的身份信息、校正功能信息、模拟输出电平信息。

2.根据权利要求1所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，其特征在于：校正功能信息所使用的校正引擎为初始值定位加平方根校正法，铂热电阻为Pt100，初始值定位方法为在选定三个基准温度的条件下，分别测量铂热电阻的阻值，然后根据铂热电阻Pt100的温度电阻关系式，在0～850℃范围内：R_t＝R₀(1+At+Bt²)计算R₀、A、B，再将t与Rt之间是平方根的关系化简为 $t=\frac{-A+\sqrt{R_t^{\′}}}{2B},$ 采用两次直线逼近平方根校正法，求出测定温度值t。

3.根据权利要求1或2所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，其特征在于：所述的铂热电阻(1)、信号调理电路(2)、传感器接口电路(3)、EEPROM存储器(5)是封装成一体由传感器接口电路(3)作为与数据采集系统相连的输出端口。

4.根据权利要求1或2所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，其特征在于：信号调理电路包括非平衡电桥测温电路和信号放大电路，非平衡电桥测温电路由电阻R₁、R₂、R₃和铂热电阻Pt100组成电桥，铂热电阻Pt100的变化反应在桥臂输出电压的变化，送到信号放大电路。

5.根据权利要求4所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，其特征在于：信号放大电路采用高精度仪表放大器AD620。

6.根据权利要求1或2所述的带校正功能的高精度智能铂热电阻温度传感器，其特征在于：传感器的电源输入端放置滤除电源噪声的电解电容。

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