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鉑電阻測溫電路的線(xiàn)性化設計方法
摘要：介紹一種基于A(yíng)/D轉換原理的鉑電阻測溫的非線(xiàn)性校正方法，分析了鉑電阻線(xiàn)性測溫的原理，并給出了A/D轉換器7135與單片機89C51接口電路及試驗數據。
關(guān)鍵詞：鉑電阻，測溫電路設計，模擬-數字轉換非線(xiàn)性校正，數據采集
一、引言
鉑電阻溫度傳感器，因其測量范圍大，復現性好，穩定性強等特點(diǎn)而被廣泛使用。
在精密測量系統中，鉑電阻測溫系統電路結構圖如圖1所示：鉑電阻信號通常通過(guò)橋式電路轉換為電壓信號，再經(jīng)過(guò)放大及A/D轉換后送微處理器進(jìn)行處理。為了能對鉑電阻測溫的非線(xiàn)性進(jìn)行校正，作者利用雙積分A/D轉換原理，設計了一種高精度的鉑電阻測溫非線(xiàn)性校正方案。實(shí)踐證明，該方法不僅性能穩定，結構簡(jiǎn)單，而且在0～200℃范圍內準確度可達到0.15%FS±4字。
二、非線(xiàn)性校正原理
因為鉑電阻經(jīng)橋路檢測后，其輸出電壓UM與被測溫度q之間具有函數關(guān)系：
式中：A，B為常系數。如果能構造成一個(gè)函數電路，使其具有與上式相同的函數形式：
同時(shí)使UM=UN，則容易得出q=t（這里，“q=t”僅有數學(xué)意義，實(shí)際上它們的量綱是不一樣的）。這樣，在UM=UN的前提下，溫度q的測量問(wèn)題就轉化為對時(shí)間t的測量了。
以上是本文闡述的以變量變換的形式實(shí)現傳感器非線(xiàn)性校正的設計思想。這里t的量綱為時(shí)間，其測量過(guò)程是通過(guò)雙積分A/D轉換實(shí)現的。雙斜率積分轉換表達為：
(1)式中：Uin—A/D轉換時(shí)模擬輸入電壓，
T1—A/D轉換過(guò)程中正向積分時(shí)間，
T2—A/D轉換過(guò)程中反向積分時(shí)間，
Uref—A/D轉換時(shí)參考輸入電壓。
當Uref為定值時(shí)，Uin與T2具有線(xiàn)性關(guān)系，因此這種情況下可以認為A/D輸出結果為：
T2 = T1Uin / Uref .
假定Uref(t)為時(shí)間t的函數：Uref(t)=M Nt (2)
其中：M，N為待定常系數。
A/D轉換后的輸出結果若能完全補償鉑電阻溫度非線(xiàn)性，則有：Uin=aq Bq2 (3)
故將式（2）和式（3）代入式（1），
假設：AT1=M，BT1=N/2,
則有：T2與q在數值上大小相等，即T2=q，可見(jiàn)實(shí)現了鉑電阻的溫度與數字量線(xiàn)性轉換。
可以看出，在A(yíng)/D轉換過(guò)程中，模擬電壓輸入與數字量輸出之間不是線(xiàn)性關(guān)系，其函數關(guān)系剛好與Rq—q關(guān)系相反，當其特性實(shí)現了相互完全補償時(shí)，就能獲得線(xiàn)性q/T2轉換。顯然，利用雙積分A/D轉換實(shí)現非線(xiàn)性校正的關(guān)鍵是應能滿(mǎn)足式（3）所表征的函數關(guān)系。本方案采用RC回路極其簡(jiǎn)單地達到了該目的。
2. 高精度 A/D轉換器ICL7135
鉑電阻測溫電路線(xiàn)性化設計的實(shí)現采用了4位半雙積分型A/D轉換器ICL7135。ICL7135每一個(gè)轉換周期分為三個(gè)階段：自動(dòng)調零階段、被測電壓積分階段、對基準電壓Uref進(jìn)行反積分階段。下面結合鉑電阻溫度測量分析ICL7135的工作過(guò)程：
(1)正向積分階段ICL7135與89C52接口電路原理圖如圖2所示。在此階段，ICL7135對Uin進(jìn)行定時(shí)積分，固定時(shí)間T1=10000T0（T0為時(shí)鐘周期）。積分器的輸出電壓為：
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