[发明专利]一种铂电阻测温的硬件非线性补偿方法

摘要

本发明公开了一种铂电阻测温的硬件非线性补偿方法，采用非线性补偿电路从测量电路的输出取出一部分正反馈给测量电路输入端，且反馈电流随温度升高逐渐加大，使得该电路具有很好的跟踪特性，在低温区和高温区都能得到很好的补偿作用，从而校正铂电阻测温存在的非线性误差；测量装置由偏置补偿电路、测量电路、非线性补偿电路、增益电路和基准电压电路构成；本发明方法构成的温度测量装置线路简单、易调整、非线性补偿效果好。

主权项

1.一种铂电阻测温的硬件非线性补偿方法，其特征在于：采用非线性补偿电路从测量电路的输出取出一部分正反馈给测量电路输入端，且反馈电流随温度升高逐渐加大，从而校正铂电阻测温存在的非线性误差；构成的测量装置由偏置补偿电路、测量电路、非线性补偿电路、增益电路和基准电压电路构成；偏置补偿电路由三个固定电阻R₈＝1K、R₉＝10K、R₁₀＝1K和一个可调电位器WZ＝1K及一个运放U1组成的放大器构成，电位器WZ使0℃时增益电路输出为0mV，其中R₈、R₉、运放U1和电位器WZ依次串联，R₉与运放U1的正输入端连接于节点D，运放U1的输出端与电位器WZ的一端连接于节点E，且运放U1的负输入端以及电位器WZ的滑动端均连接节点E，R₁₀的一端与节点D相连接、另一端接地；R₈一端连接R₉，另一端连接基准电压UREF的正极；测量电路由铂电阻PT和一个运放U2组成的放大器构成，基准电压U_REF＝5V和固定电阻R₄＝20K为铂电阻PT提供0.25mA的静态工作电流，其中R₄的一端与运放U2的负输入端连接于节点A，R₄的另一端与基准电压UREF的正极连接，基准电压UREF的负极接地，铂电阻PT一端连接节点A，另一端连接运放U2的输出端于节点B，且所述运放U2的正输入端接地；非线性补偿电路由三个固定电阻R₅＝10K、R₆＝10K、R₇＝24K和一个可调电位器WNL＝2K及一个运放U3组成的放大器构成，非线性补偿电路从测量电路的输出取出一部分反馈给运放U3输入端，从而校正铂电阻测温存在的非线性误差，可调电位器WNL用于调整非线性补偿量，其中R₅、R₆、R₇和电位器WNL依次串联，且R₅、R₆的一端均与运放U3的负输入端连接，R₆的另一端、R₇的一端均与运放U3的输出端连接，R₇的另一端与可调电位器WNL的一端连接，可调电位器WNL的另一端以及滑动端均连接节点A；运放U3的正输入端接地；R₅的另一端连接节点B；增益电路由三个固定电阻R₁₁＝9.1K、R₁₂＝10K、R₁₃＝91K和一个可调电位器WG＝5K及一个运放U4组成的放大器构成，可调电位器WG用于调整增益，经过增益放大，输出U₀为10mV/℃的模拟电压量，乘以100就是被测温度，其中R₁₁、R₁₃和电位器WG依次串联，R₁₁的一端与可调电位器WZ的另一端连接，且R₁₁的另一端与R₁₃的一端连接于节点F，R₁₃的另一端与电位器WG的一端连接，电位器WG的另一端为输出U₀；运放U4的输出端与电位器WG的另一端连接，电位器WG的滑动端也与运放U4的输出端连接，且运放U4的负极输入端与节点F连接、正极输入端接地，R₁₂的一端与所述运放U4的负极输入端连接，另一端与节点B连接；基准电压电路由三个固定电阻R₁＝4.7K、R₂＝300K、R₃＝3.9K、一个电容C₁＝0.1μF和一个可调电位器WV5＝2K及一个ADI的高性能基准源AD584L构成，电位器WV5用于微调输出的基准电压U_REF；输出U₀＝‑[(R₁₃+WG)/(R₁₁+WZ)]×0.25V×{(‑γ×a×T)+(1‑γ)+(γ×b×T²⁾}，大括号内第一项是需要输出的线性部分；第二项起偏置补偿电路的作用，这一项近似为零；第三项是非线性补偿部分；a和b是温度系数，其中，a＝3.90802×10^‑3、b＝5.80195×10^‑7；γ＝[(R₁₁+WZ)/R₁₂]×[1‑PT/(R₇+WNL)]；调整电路中三个电位器WZ、WG和WNL，可以在很宽的温度范围内使后面两项之和基本为零；其中所述输出U₀还包括如下建立步骤：符合国际标准的所述铂电阻，用式(1)表达铂电阻值PT随温度的变化：PT＝PT₀[1+aT‑bT²‑cT³(T‑100)](1)式中T是以摄氏度为单位的被测温度；PT₀是0℃时的铂电阻值；a＝3.90802×10^‑3、b＝5.80195×10^‑7和c是温度系数；系数c只有在负温度时才起作用，式(1)变为式(2)：PT＝PT₀[1+aT‑bT²](2)式(2)中的第一项是直流偏置；第二项是铂电阻随温度的线性变化；第三项是非线性项，如果忽略的话将产生2％左右的测量误差；且还包括电路调整步骤：准备3个假负载电阻1000Ω、1385Ω和2809Ω，分别对应0℃、100℃和500℃；(1)接上1000Ω电阻，调节电位器WZ，使得输出约为0mV；(2)接上2809Ω电阻，调节电位器WG，使得输出约为5000mV；(3)接上1385Ω电阻，调节电位器WNL，使得输出约为1000mV；(4)由于步骤(1)、(2)和(3)互相影响，重复若干次可达到优于±0.5℃的精度。