热电阻测温电路非线性补偿

摘要:介绍了二种电路线性化方法,较好补偿了测量电桥的非线性。在较宽温度范围内,满足精密测温精度和可靠性的要求。该方法在各种非电量测量检测技术中得到应用。
0.前言
　　对于热电阻测温仪器,其基本要求是具有较高信号处理精度,较小的零点漂移和热零点漂移等。在测温仪表电路设计中,对热电阻传感器和测量桥路非线性进行有效的补偿。下面专门就热电阻测温仪线性化问题进行讨论。
1测量电路二种线性化方法
1.1铂电阻传感器及测量桥路非线性
(1)铂电阻温度计电阻元件的电阻值-温度特性凹,如图1所示。
 
当0~850℃时，
Rt=R0(1+At+Bt²)(1)
　　式中A,B为常数;Rt,R0分别为在t℃和0℃铂电阻温度计电阻值;t是摄氏温度。从图1看出随着温度的增高，R:电阻值的增长率有所下降。
(2)在电阻测量电桥中,当Rt值变化时,将引起桥路支路电流变化,进--步引起桥路输出电压Um变化的非线性。如图2实线所示。
 
　　图3示出了正反馈补偿电路。
 
　　在图3中,等臂电阻测量桥静态时,即被测温度t=t0,电桥平衡,其输出电压Um=0,则
R1=R2=R3=Rt=R0.
　　当被测温度t变化时产生△t,Rt随之产生△R,此时桥路输出电压Um为
 
　　可见这种测量桥路的输出电压Um随被测温度t增加将产生较大的偏差
1.2测温电路线性化方法
　　对上述两种原因造成非线性进行补偿,现介绍两种测温电路线性方法。
1.2.1正反馈补偿电路法
　　测量桥路后级负反馈线性放大器增加适量的正反馈,补偿Um随t增大而减小部份.电路工作原理如图3所示。从式(4)中可见,Um值与桥路供电源Eo正比.即提高OEo,增加△Um。F为高稳定性线性放大器,N为反馈放大器。电阻桥路由晶体管G射极供电。.正反馈工作电路工作原理:当1=t0时,测量桥路平衡,Um=0,F放大器输出Up0=0,可通过调正R11和R13来达到工作电路.上述初始状态。当1>t0时,测量桥路失去平衡，产生△Um,即测量桥输出.△Um,经放大器F产生正△UF电压,通过反馈放大器N产生一个更负值UN电压，使晶体管导通,Uce减小，使电阻桥供电压UH增大,产生增量△Um,这就补偿了当1增大时,Um下降产生的非线性。正反馈补偿电路法补偿曲线如图2虚线。
　　这种测量电路线性化是提升测量桥供电电压而引入正反馈方式补偿电阻桥路产生的非线性。在电路设计时首先要把电路的初始状态调整好,即电阻桥路供电电源为负值(-UH),选用零漂移线性放大器,尽量减小放大器的零点漂移和热零点漂移。
1.2.2六端电桥非线性补偿法
　　由普通四端电桥改为如图4所示六端电桥。
 
　　除了给出反映Rt变化的电压信号Uin之外,该电桥还同时给出电压信号UR,UR与Rt的变化和含Rt支路电流变化相关联,UR与Uin-并送入后级A/D转换器成为后续环节中进行非线性补偿的依据
设A/D转换器的特性为
 
计在0℃时电阻值。在式(5)中分母含有Rt的相关项随着Rt增加,N中将有一个逐步递增的补偿量,可以补偿测量桥路非线性。六端电桥非线性补偿法补偿曲线如图5中虚线。
 
上述线性化方案,在测温仪器的整体方案设计中要考虑以下问题
(1)选用合适的AD转换器
　　选用AD转换器，除了考虑精度高,低漂移,低功功耗等要求之外,方案要求输入可浮动比率式A/D转换器。例如CH7126双积分式A/D转换器,A/D转换器可直接与桥路相连接,失调电压和温度系数都很小。
(2)关于桥路电源与元件要求
　　从式(6)可见,在AD转换器确定之后,N-Rt关系仅取决于一系列桥路电阻,与桥路电源电压大小无关。因此可以使用一-般的电压源,不需要使用精度高电压源。
　　电桥内的电阻元件性能直接影响到测温仪器的精度,所以桥路的电阻元件应经老化筛选,保证电阻值长期稳定。
2结束语
　　重点讨论了由于电阻温度计和测量电阻桥路,随着测温度1增大时,将产生非线性误差。还介绍了对测量桥路非线性进行补偿的两种线性化的方法。该方法都能把补偿前1%的非线性误差变为补偿后0.1%非线性的误差。可采用图3所示正反馈补偿电路通过调正R11和R13,改变电桥供电源Un就能完全补偿桥路非线性。或采用图4所示六端电桥补偿电路,通过选择桥路电阻值,也能补偿桥路非线性.来达到上述最小非线性误差。该方法可用作解决热电阻测温仪线性化手段。