ＷＺＰ型鉑電阻溫度傳感器Ｐｔ１０００信號的線性化處理

摘 要：在分析工業生產和科學研究中廣泛使用的WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000輸出特性的基礎上，采用恒流源的方法，通過在運放同相輸入端增加調整電壓、增加輸出級放大電路、在電路中設置可變電阻、使用高精度穩壓電源等措施，設計出溫度傳感器Pt1000信號處理綜合電路，該電路有效解決了溫度傳感器信號變換過程中的非線性和信號補償問題。

關鍵詞：溫度傳感器;Pt1000;信號處理;線性

中圖分類號：TP702 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0516902

Signal Linear Processing Circuit Design for WZP-platinum Resistance Temperature Sensor Pt1000

ZHAO Hongmei，MI Qichao

(Pingdingshan Institute of Technology，Pingdingshan，467044，China)

Abstract：This article based on the study output characteristics of WZP-platinum resistance temperature sensor Pt1000 widely-used in industrial production and scientific research，using the method of constant-current source，adopting such measures through an input voltage adjustment to the integrated operational amplifiers and add output level amplifier and set high precision DC power supply.Designing the signal processing integrated circuit for temperature sensor Pt1000.The circuit effective solution to the issue of nonlinear and compensation in the process of temperature sensor signal transformation.

Keywords：temperature sensor;Pt1000;signal processing;linear

WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000是利用元件電磁參量隨溫度變化的特性對溫度與溫度有關的參量進行檢測的裝置。因其線性度相對較好，耐氧化能力很強，并且溫度范圍寬，其測溫的范圍從－200 ℃~+650 ℃，目前在工業生產和科學研究工作中得到廣泛使用。該傳感器的信號處理電路需要完成將與溫度有關的電阻變化信號變換成統一的電壓信號。

1 Pt1000的輸出特性曲線

將Pt1000放入高低溫實驗箱中，將溫度設定為－30 ℃~+70 ℃，測得溫度傳感器在不同溫度下的電阻值，測得數據如圖1所示。在測量溫度范圍內，Pt1000輸出電阻值與溫度成一定的比例關系。但是在高溫和低溫條件下，有一定的偏差，需要在調理電路中進行溫度補償。

2 基本恒流源電路

鉑電阻溫度傳感器的信號處理電路可以采用恒壓源或恒流源，通過對恒壓源的研究，發現在實際應用中存在不穩定，精度不高等問題，其原因是恒電壓工作時，除了鉑電阻本身的非線性誤差外，還會產生恒電壓工作電路的固有誤差，從而使得整個電路的系統誤差變大。因此本文設計采用的是恒流源的方法。

基本的恒流源電路見圖2，用鉑電阻RT代替反相放大器的Rf，根據反相放大器的公式可以得到：

3 帶同相輸入的溫度處理電路

理想溫度傳感電路在0 ℃時輸出電壓為0 V，而在圖1中RT=1 000-8 Ω，代入式(1)得到的Vo不為0，所以需要對電壓進行調零。實現的方法是在圖2中的運放的同相端加一個輸入電壓進行調整，如圖3所示。

所以只要k能調到合適的值，就可以使信號實現調零。但因為這只是理論上的計算，實際的運放不是理想的，各個電阻也會由于溫度等的影響，阻值不會完全符合標稱阻值。所以不固定R2和R3的大小，在實際中采用可變電阻進行微調。

同相輸入端調整電壓的加入使得即使溫度升高，輸出電壓也會減小，因此為了保證信號在－30 ℃~+70 ℃時線性輸出-300~700 mV，在調零后再用一個放大電路對放大系數進行調節。如圖4所示。

圖4所示為反相放大電路，他不光可以實現一個放大信數為A=R5/R4的放大效果，還可以將通過前級運放反相了的電壓Vo1再反相，即變成了符合要求的正相電壓了。

4 線性化補充處理

經過運放1后的關系為式(2)所示。經過運放2的線性放大，若RT一定，Vo與Vi是成正比的，所以要保持線

性，Vi最好是一個定值，否則Vo的函數關系中便出現了Vi和RT兩個函數值，不能準確實現對溫度的測量了。設計給出的電壓波動范圍是±10%VCC，一定溫度下RT為定值，那么最后的Vo也有±10%的波動，采用統一的R-T關系判斷，在測量范圍內所得到的溫度誤差變為了±10 ℃，這是不能容忍的。電路必須有可靠的高精度的穩壓裝置，因此在電路實際工作中，不用自接供電的方式，可采用高精度的電壓基準MAX6025提供標準的2-5 V電壓基準對元件和電路進行供電。

另外，由Pt1000鉑電阻值R與溫度T的關系可知，在測量溫度范圍內，Pt1000具有3-786 59 Ω/℃的高靈敏度，因此只需要選用通用型的運放就可以了。所采用電阻的溫度系數匹配時，非線性誤差也可以不用考慮。

5 實際溫度傳感信號處理電路

實際溫度傳感信號處理電路見圖5，電路圖中的電容C是降噪電容器，實際取值1 μF，2-5 V電壓基準由MAX6025提供。依據圖中給定參數，在進行實際溫度測試前，首先要對其進行調零和調滿。用精密可調電阻代替Pt1000連接到電路中，改變阻值使其等于0 ℃時的等效電阻1 000-8 Ω，調可變電阻R5，使輸出電壓為0，再改變精密可調電阻值到70 ℃的1 265-8 Ω，調可變電阻R6，使輸出為700 mV，完成調零和調滿。該電路經過實驗測試，達到很好的溫度傳感效果。

參考文獻

［1］魏俊奇.傳感器發展的新趨勢[J].半導體技術，2001(5)：12-15.

［2］殷玲玲，尚群立.磁阻傳感器在直線位移傳感中的應用[J].傳感技術學報，2006(4):195-198.

［3］管建明.微弱電流信號的前置放大和分析[J].電測與儀表，1994(14):38-39.

［4］鄭建國，李從新.基于模數轉換器的鉑電阻非線性校正[J].計量技術，1997(3)：10-12.

［5］田俊英.基于51單片機的溫室測試系統的設計與實現[J].現代電子技術，2007，30(10):15-17.

作者簡介 趙紅梅 女，1972年出生，現任平頂山工學院電氣與電子工程系教研室主任。現從事電子技術教學和研究。

米啟超 男，1973年出生，河南襄城人，平頂山工學院電氣與電子工程系講師。現從事電工電子技術教學、實踐及研究。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”