WZP型铂电阻温度传感器Pt1000信号的线性化处理

WZP型铂电阻温度传感器Pt1000是利用元件电磁参量随温度变化的特性对温度与温度有关的参量进行检测的装置。因其线性度相对较好，耐氧化能力很强，并且温度范围宽，其测温的范围从-200℃～+650℃，目前在工业生产和科学研究工作中得到广泛使用。该传感器的信号处理电路需要完成将与温度有关的电阻变化信号变换成统一的电压信号。

1 Pt1000的输出特性曲线

将Pt1000放入高低温实验箱中，将温度设定为-30℃～+70℃，测得温度传感器在不同温度下的电阻值，测得数据如图1所示。在测量温度范围内，Pt1000输出电阻值与温度成一定的比例关系。但是在高温和低温条件下，有一定的偏差，需要在调理电路中进行温度补偿。

2基本恒流源电路

铂电阻温度传感器的信号处理电路可以采用恒压源或恒流源，通过对恒压源的研究，发现在实际应用中存在不稳定，精度不高等问题，其原因是恒电压工作时，除了铂电阻本身的非线性误差外，还会产生恒电压工作电路的固有误差，从而使得整个电路的系统误差变大。因此本文设计采用的是恒流源的方法。

基本的恒流源电路见图2，用铂电阻RT代替反相放大器的Rf，根据反相放大器的公式可以得到：

             
 
Vi，R1固定后，流过RT的电流恒定，Vo与RT成正比，从RT的变化可以得到相应的电压的变化，从而实现了电压输出，并且线性度保持不变。

3带同相输入的温度处理电路

理想温度传感电路在0℃时输出电压为0 V，而在图1中RT=1 000.8 Ω，代入式(1)得到的Vo不为0，所以需要对电压进行调零。实现的方法是在图2中的运放的同相端加一个输入电压进行调整，如图3所示。

所以只要k能调到合适的值，就可以使信号实现调零。但因为这只是理论上的计算，实际的运放不是理想的，各个电阻也会由于温度等的影响，阻值不会完全符合标称阻值。所以不固定R2和R3的大小，在实际中采用可变电阻进行微调。

同相输入端调整电压的加入使得即使温度升高，输出电压也会减小，因此为了保证信号在-30℃～+70℃时线性输出-300～700 mV，在调零后再用一个放大电路对放大系数进行调节。如图4所示。

图4所示为反相放大电路，他不光可以实现一个放大信数为A=R5／R4的放大效果，还可以将通过前级运放反相了的电压Vo1再反相，即变成了符合要求的正相电压了。

4 线性化补充处理

经过运放1后的关系为式(2)所示。经过运放2的线性放大，若RT一定，Vo与Vi是成正比的，所以要保持线性，Vi最好是一个定值，否则Vo的函数关系中便出现了Vi和RT两个函数值，不能准确实现对温度的测量了。设计给出的电压波动范围是±10％VCC，一定温度下RT为定值，那么最后的Vo也有±10％的波动，采用统一的R-T关系判断，在测量范围内所得到的温度误差变为了±10℃，这是不能容忍的。电路必须有可靠的高精度的稳压装置，因此在电路实际工作中，不用自接供电的方式，可采用高精度的电压基准MAX6025提供标准的2.5 V电压基准对元件和电路进行供电。

另外，由Pt1000铂电阻值R与温度T的关系可知，在测量温度范围内，Pt1000具有3.786 59 Ω／℃的高灵敏度，因此只需要选用通用型的运放就可以了。所采用电阻的温度系数匹配时，非线性误差也可以不用考虑。

5实际温度传感信号处理电路

实际温度传感信号处理电路见图5，电路图中的电容C是降噪电容器，实际取值1μF，2.5 V电压基准由MAX6025提供。依据图中给定参数，在进行实际温度测试前，首先要对其进行调零和调满。用精密可调电阻代替Pt1000连接到电路中，改变阻值使其等于0℃时的等效电阻1 000.8 Ω，调可变电阻R5，使输出电压为0，再改变精密可调电阻值到70℃的1 265.8 Ω，调可变电阻R6，使输出为700 mV，完成调零和调满。该电路经过实验测试，达到很好的温度传感效果。