基于铂电阻的高精度温度检测电路

在自动控制系统中,经常需要对温度进行检测,用铂电阻作为传感器是工程中常用的一种检测方法。要获得高精度的检测结果,一方面要采用正确的检测方法;另一方面要有好的检测电路,而且电路调试要简单。本文介绍的两种基于铂电阻的温度检测电路具有精度高、调试容易,对器件的要求不高,是实用的高精度温度检测电路。

2　电路结构及工作原理

本文介绍电桥型温度检测电路和电流源型温度检测电路。

2.1　电桥型温度检测电路

图1所示的电路为电桥型温度检测电路。

图1中REF02是AD公司的精密参考电压源,输出为+2.5 V,即VREF= VD=+2.5V,故VA= VD(1+R2/R3)=+2.5(1+R2/R3)。图中R(1+δ)为铂电阻的阻值,其中R为铂电阻在0℃时的阻值;δ=ΔR/R;VB=-R(1+δ)VA/R4,则有:

V0= R1VAδ/R4

由此可知,该电路的输出电压与铂电阻阻值的变化δ(或ΔR)呈线性关系。该电路的另一个优点是调试非常简单,在R和R4确定后,只需根据输出电压Vo的变化范围确定R1的阻值即可。

电流流过铂电阻将会引起铂电阻温度升高,称其为自加热现象,从而带来一定的测量误差,为了减小这种误差,必须减小流经铂电阻的电流,可以通过减小A点的电压和适当选取R4的阻值实现。而A点电压由参考电压VREF和R2/R3的值共同决定,因此,应选择输出电压比较低的参考电压源(图1中选2.5 V),此外R2/R3的值也要比较低。在制作PCB时,地线要安排好,我们曾经在一个应用中发现输出有20 mV左右的漂移,而且漂移很不稳定,后经改善A2同相输入端的接地,故障排除。

该电路中铂电阻引线引入测量误差,可以通过在电桥R支路中串入与引线电阻阻值相当的电阻消除。

2.2　电流源型温度检测电路

图2是另一种基于铂电阻的精密温度检测电路,图中R为铂电阻,采用3线接法,其中RW1、RW2和RW3分别为铂电阻的3根引线,VREF为精密参考电压源的输出。

A1、A2、RREF和VREF构成1 mA的精密电流源,A3构成温度检测电路,A4构成二阶低通滤波器。图2中的电路略显复杂,但输出电压与铂电阻R之间的关系非常简单:

VOUT= R(1+R4/R3)×10-3

很显然,输出电压VOUT与铂电阻R之间呈线性关系。

这一电路的特点:①输出电压VOUT与铂电阻之间呈线性关系;②在推导中虽然考虑了铂电阻的引线RW,但在输出电压的表达式中并未出现RW,说明该电路通过其特殊结构消去了引线RW对测量带来的误差;③可以方便地通过调节R4和R3的比值调节电路的增益。

3　电路应用中应注意的问题

上述两电路以其良好的性能解决了基于铂电阻的高精度温度检测问题。我们在多个科研课题中采用上述两个电路进行高精度温度测量,都得到了良好的结果,故将这两个电路推荐给大家。在应用中应注意以下几个问题:

(1)对于图1所示的电路,运算放大器应选用输入阻抗高、零漂较小的产品,对电桥中的电阻要精确挑选。

(2)在图2电路中,为减小铂电阻自加热带来的测量误差,电流源的电流不宜过大,一般不要超过1mA。低通滤波器的截止频率和增益可根据应用系统的要求选定。另外在制作PCB时,地线要合理安排。

4　结　论

本文介绍的两种基于铂电阻的高精度温度检测电路与常用的一些检测电路相比,具有精度高、性能稳定、调试简单、对元器件要求不高、实用性强的特点,能够满足高精度温度检测的要求。