一种高精度温度采集系统

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  • 1、引言

            在工业和医学等诸多领域,高精度的温度测量都有着很广泛的应用。例如在煤矿和火电厂广泛应用的煤质分析仪中,需要对一定质量的煤燃烧后所导致的一定质量的水的温度变化进行精确的测量,并根据水温的变化幅度对煤的质量进行评估[1,2]。在医学上用于生命科学研究和基因诊断的PCR热循环仪中,也同样需要对水或油的温度变化进行精确的测量[3,4]。本文介绍了一种采用铂电阻作为温度传感器的温度采集系统,其测量精度达到了较高的水准。

    2、测量原理

            为了实现高精度的温度测量,在本系统中采用了基准电阻值为500Ω的Pt500铂电阻作为温度传感器件,并对其温度系数和非线性特性进行了精确校准[5,6,7]。如图1所示,将铂电阻接入到由精密电压源和精密电阻构成的电桥电路中,当温度为0℃时,电桥达到平衡,其输出电压为0;当温度上升时,假设将铂电阻的阻值随温度的变化关系用二阶多项式表示,则电桥电路的输出电压 与温度 的关系如下式所示:


            式中k1、k2 为铂电阻的温度系数。图1中5V电压源由精密电压基准源芯片LT1019产生,其典型温度系数为3×10-6/℃;除铂电阻外,电桥的另外三个桥臂电阻均由精度为0.01%、温度系数为5×10-6/℃的高精密线绕电阻构成。


    图1  测量电桥
    Fig.1 The measurement electrical bridge

             一般情况下有 , [8,9]。当温度测量系统的测量范围设计为0~100℃时,根据式(1)可知在此温度范围内测量电桥输出电压的范围约为0~383.48mV。

             从测量电桥电路输出的电压信号 被仪表放大器AD620放大6倍后,其输出电压 范围在0~2.3V之间。根据式(1),有当温度测量系统的测量范围设计为0~100℃时,根据式(1)可知在此温度范围内测量电桥输出电压的范围约为0~383.48mV。

             从测量电桥电路输出的电压信号Ue1被仪表放大器AD620放大6倍后,其输出电压 范围在0~2.3V之间。根据式(1),有


             由式(2)可知,当测量出 后,温度 可按下式计算得出:

     

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