铂电阻测温说明书

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1、燕山大学课程设计说明书一．设计说明：设计思路:Pt1000铂电阻测温系统是以铂电阻为敏感元件,其电阻值的变化可反映外界温度变化。通过信号调理电路测量铂电阻上的电信号,即可得到该温度下的铂电阻阻值,再根据铂电阻的分度表即可知道当前的测量温度。设计温度测量调理电路时可将Pt1000铂电阻作为负载元件，通过测量其两端电压即可得到不同温度下对应的电压信号的关系。再经过后续A/D转换电路和显示而得到相应温度显示。而本文只着重讨论基于铂电阻的温度测量调理电路设计，其他后续处理显示电路不再赘述。二.电路总体设计铂电阻的温度测量调理电路设计主要完成信号的采集与转化工作

2、。当外界温度变化铂电阻值随之而改变，为测得相应精确的电压信号的变化值，则需要一个稳定的恒流源来供电和一个相应的信号调理电路。利用恒流源驱动铂电阻，即可将温度变化转换成铂电阻的电压变化，而信号调理电路则用来精确测量铂电阻上的电压变化。其结构框图如下所示：图（1）调理电路整体框图三.电路各部分环节设计1.恒流源设计恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为： a)不因负载(输出电压)变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。 因此设计恒流源最关键的是满足上述三点要求。常用设计恒流源的方法为：第14页共14页燕山大学课程设计说明书

3、1)MOSFET管设计镜像电流源。2)运算放大器和MOS管集成设计恒流源。3)运算放大器设计恒流源。(1)MOS管设计镜像电流源选用参数尽可能相同的三个特性相同的MOSFET构成以下电路：由于特性相同，且工作在放大区，当MOSFET的时，输出电流为：有上式可知电流源的表达式需要确定的三个参数即：本证导电因子，栅源电压，开启电压。而栅源电压确定相对繁琐。电流输出与负载无关，且输出电阻∞。（2）运算放大器和MOSFET管集成设计恒流源。在运算放大器和MOSFET集成设计电路中避免的BJT的基电极分流影响而，采用的MOSFET管的栅极电流。这种电流源电路具有

4、低噪声的特性,多用于要求低噪声的场合。具体电路图设计如下图所示：第14页共14页燕山大学课程设计说明书上图运算放大器为电压跟随器，因此电流输出的表达式为：（）只需确定好电压基准后，通过改变的值即可得到需要的电流输出。3）运算放大器设计恒流源由于集成运放参数受温度影响相对于晶体管和场效应管较小，因此在温度波动较大的场合用集成放大器比较容易满足设计要求。并且由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点，采用双运放设计恒流源如下图所示：第14页共14页燕山大学课程设计说明书其中双运放采用OP07AZ型低噪声、低失调、高精度运算放大器,输入电压范围

5、大,共模抑制比高.能保持极好的线性和增益精度.为同相放大器，为反相器；为的输出，为的输入。其中匹配电阻满足：时有以下关系：因此可通过调整电阻的阻值来调整需要的电流的大小。该电路需要注意以下问题：其中肯定会随负载的变化而变化，从而就会影响恒流源的稳定性。为确保不随负载变化，R1，R2，R3，R4这4个电阻的选取原则是失配要尽量的小，且每对电阻的失配大小方向要一致。实际中，可以对大量同一批次的精密电阻进行筛选，选出其中阻值接近的4个电阻。综述：由于集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点，因此选用方案3运算放大器设计恒流源。2.信号调理电路设

6、计信号处理电路环节要求可以精确的测量铂电阻的随温度变化而引起的电信号的变化，选用上述恒流源作为驱动电流，因此设计调理电路来精确测量铂电阻的电压信号即可满足要求。常用的信号调理电路可用：1）恒流源电桥2）运算放大器。现在分析两种方案的特点。（1）恒流源电桥调理电路设计：电桥电路可以用来测量微弱信号的变化，这里采用恒流源单臂电桥来设计电路如下图所示：第14页共14页燕山大学课程设计说明书图（5）恒流源电桥信号调理电路供电电流源可用上述图（5）恒流源来供电，供电电源为，通过各臂的电流为、。当时有如下关系：规定初始时刻为平衡状态，而且令，（其中为的铂的电阻值，

7、可以通过分度表得到）。此时输出，当铂电阻变化为时，电桥输出为：由上式可知存在非线性误差，但与恒压源相比非线性减少了。第14页共14页燕山大学课程设计说明书（2）集成运放调理电路设计：图（6）集成电路调理电路集成运放信号调理电路上图（6）所示，放大器UA3对参考电阻的端电压进行电压跟随得到差分放大器的反响输入端电压信号：而放大器UA4对温度传感器Rt(Pt1000)的端电压同相放大2倍后得到差分放大器的正向输入端电压信号：对两端电压信号采集得到调理电路输出电压为：当初始状态时，令参考电阻，即可确保差分输出。当铂电阻随温度变化为时，则此时电压输出为：第14

8、页共14页燕山大学课程设计说明书由此可知差分输出是关于的线性函数，不存在线性误差。其中，电阻和