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鉑電阻非線性修正溫度變送電路的制作方法與工藝

文檔序號:11970814閱讀:564來源:國知局
鉑電阻非線性修正溫度變送電路的制作方法與工藝
本發(fā)明涉及檢測技術(shù)及自動控制技術(shù)領(lǐng)域,具體地說,涉及一種溫度變送電路。

背景技術(shù):
溫度是涉及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、環(huán)保、氣象、乃至日常生活的一個重要物理量,如何實現(xiàn)精確的測量具有很重要的意義。特別是用于過程工業(yè)的測溫儀表,更是要求測溫精度高、可靠性好,而且還要有造價低的特點。以往的溫度變送器都是采用模擬技術(shù)和單片機技術(shù)來實現(xiàn)的,采用模擬技術(shù)的溫度變送器,盡管成本不高,但由于是使用電位器(或電阻器)來調(diào)整零位及滿度,因此很難達到高的調(diào)試精度,且電位器隨時間會發(fā)生漂移,可靠性及穩(wěn)定性都不好,直接帶來的結(jié)果是測量精度難以提高;采用單片機技術(shù)的溫度變送器用軟件進行非線性修正,零位及滿度用軟件調(diào)整,測量精度高、可靠性好,但成本較高,不利于批量生產(chǎn),應(yīng)用受到限制。目前,鉑電阻是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常用的溫度傳感器。鉑電阻具有測量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好和耐氧化等特點,因此,在中低溫區(qū)得到了非常廣泛的應(yīng)用。鉑電阻隨溫度變化的關(guān)系遵從的公式為:Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]-200℃~0℃Rt=R0(1+At+Bt2)0℃~600℃式中,Rt為鉑電阻元件在溫度t時的電阻值;R0為鉑電阻元件在0℃時的電阻值;A、B、C為分度常數(shù);t為被測介質(zhì)溫度。由此可以看出鉑電阻的阻值和溫度之間具有非線性關(guān)系,在鉑電阻傳感器的應(yīng)用過程中,通常利用不平衡電橋電路把鉑電阻傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?,?dāng)把鉑電阻接入測溫電橋電路后,由于橋臂電阻和電橋輸出電壓之間存在非線性關(guān)系,電橋輸出的電壓與溫度的非線性程度還會加大,鉑電阻的非線性和不平衡測溫電橋固有的非線性給溫度測量帶來很大的非線性誤差。因此,有必要對其進行非線性修正。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明針對現(xiàn)有溫度變送器測溫時存在的非線性誤差大、精度低、穩(wěn)定性差等上述問題,提供了一種非線性誤差小、測量精度高、穩(wěn)定性好、成本低的鉑電阻非線性修正溫度變送電路。本發(fā)明的技術(shù)方案:一種鉑電阻非線性修正溫度變送電路,包括測溫電橋和可編程增益放大器PGA,測溫電橋的供電電源負端通過共模匹配電阻Rc與信號地連接,測溫電橋的輸出端與可編程增益放大器PGA的輸入端連接,可編程增益放大器PGA的輸入正端與其輸出端之間接有非線性補償電阻Rf,形成正反饋;測溫電橋為由鉑電阻RT作為橋路一臂的單臂電橋。優(yōu)選的是,所述的溫度變送電路還包括V/I轉(zhuǎn)換電路,測溫電橋的供電電源正端接在V/I轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓端,可編程增益放大器PGA的輸出端與V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接。優(yōu)選的是,所述的溫度變送電路還包括激勵電壓源Vr,激勵電壓源Vr接在測溫電橋的供電電源正端。優(yōu)選的是,所述的鉑電阻RT采用二線制或三線制鉑電阻。優(yōu)選的是,可編程增益放大器PGA采用可調(diào)零位、滿度的可編程增益放大器。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明利用硬件線性修正的方法,用數(shù)字調(diào)整零位及滿度,避免了電位器或電阻帶來的調(diào)試誤差和穩(wěn)定性差的缺點,實現(xiàn)了低成本、高精度的溫度測量;測溫電橋供電電源負端通過共模匹配電阻Rc與信號地連接,使可編程增益放大器用于測溫電阻的信號放大成為可能,且可編程增益放大器的輸入正端與其輸出端之間接有非線性補償電阻Rf,隨溫度變化的電阻值非線性變化信號經(jīng)過可編程增益放大器放大,其輸出的一部分經(jīng)非線性補償電阻Rf反饋到可編程增益放大器的輸入正端,再與測溫電阻信號疊加后實現(xiàn)測溫電阻的非線性修正,只要測溫電阻的量程確定,就可以通過調(diào)零位及滿度看量程中點輸出信號的誤差是否最小,確定補償電阻的大小,即在其他參數(shù)不變的情況下,非線性補償電阻僅與量程有關(guān),易于批量生產(chǎn),可做到非線性誤差≤0.025%FS。測溫電阻是指正溫度系數(shù)的電阻器。本發(fā)明采用鉑電阻作為測溫電阻,在鉑電阻的測溫范圍內(nèi)可實現(xiàn)低成本、高精度的溫度測量。附圖說明附圖1為本發(fā)明具體實施方式一的電路原理圖。附圖2為本發(fā)明具體實施方式二的電路原理圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例1:如圖1所示,一種鉑電阻非線性修正溫度變送電路,包括測溫電橋、可編程增益放大器PGA和V/I轉(zhuǎn)換電路,測溫電橋的供電電源正端接在V/I轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓端,由V/I轉(zhuǎn)換電路為測溫電橋供電,測溫電橋的供電電源負端通過共模匹配電阻Rc與信號地連接,使可編程增益放大器PGA用于測溫電阻的信號放大成為可能,測溫電橋的輸出端與可編程增益放大器PGA的輸入端連接,可編程增益放大器PGA的輸出端與V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;可編程增益放大器PGA的輸入正端與其輸出端之間接有非線性補償電阻Rf,形成正反饋,實現(xiàn)了非線性補償功能。測溫電橋為由鉑電阻RT作為橋路一臂的單臂電橋,采用鉑電阻RT作為測溫電阻,在鉑電阻的測溫范圍內(nèi)實現(xiàn)了低成本、高精度的溫度測量。上述鉑電阻RT采用二線制或三線制鉑電阻??删幊淘鲆娣糯笃鱌GA在實現(xiàn)對鉑電阻RT的信號進行放大的同時,為了實現(xiàn)零位及滿度的數(shù)字調(diào)整,上述可編程增益放大器PGA采用可調(diào)零位、滿度的可編程增益放大器。上述V/I轉(zhuǎn)換電路的輸出電流為4mA-20mA。共模匹配電阻Rc的電阻值通過調(diào)整零位、滿度,看可編程增益放大器PGA的輸出信號是否正常來選擇,通常其電阻值要大于臨界值。非線性補償電阻Rf的電阻值通過調(diào)整零位、滿度,看量程中點的信號誤差值是否最小來確定,這時的電阻值即為該量程下的非線性補償電阻值。采用本實施例鉑電阻非線性修正溫度變送電路的鉑電阻非線性修正溫度變送器,在0℃-100℃范圍內(nèi)用電阻箱代替鉑電阻測試的結(jié)果,其最大誤差≤0.025%FS。本實施例鉑電阻非線性修正溫度變送電路適用于輸出電流型溫度變送器。工作原理:V/I轉(zhuǎn)換電路為測溫電橋供電,通過共模匹配電阻Rc使可編程增益放大器PGA實現(xiàn)鉑電阻RT測溫的非線性修正,鉑電阻RT隨溫度變化的電阻值非線性變化的信號經(jīng)可編程增益放大器PGA放大,可編程增益放大器PGA輸出的一部分非線性信號經(jīng)非線性補償電阻Rf反饋到可編程增益放大器PGA的輸入正端,再與鉑電阻RT信號疊加后實現(xiàn)鉑電阻RT的非線性修正。實施例2:如圖2所示,一種鉑電阻非線性修正溫度變送電路,包括測溫電橋、可編程增益放大器PGA和激勵電壓源,測溫電橋的供電電源正端與激勵電壓源連接,由激勵電壓源為測溫電橋供電,測溫電橋的供電電源負端通過共模匹配電阻Rc與信號地連接,使可編程增益放大器PGA用于測溫電阻的信號放大成為可能,測溫電橋的輸出端與可編程增益放大器PGA的輸入端連接;可編程增益放大器PGA的輸入正端與其輸出端之間接有非線性補償電阻Rf,形成正反饋,實現(xiàn)了非線性補償功能。測溫電橋為由鉑電阻RT作為橋路一臂的單臂電橋,采用鉑電阻RT作為測溫電阻,在鉑電阻的測溫范圍內(nèi)實現(xiàn)了低成本、高精度的溫度測量。上述鉑電阻RT采用二線制或三線制鉑電阻??删幊淘鲆娣糯笃鱌GA在實現(xiàn)對鉑電阻RT的信號進行放大的同時,為了實現(xiàn)零位及滿度的數(shù)字調(diào)整,上述可編程增益放大器PGA采用可調(diào)零位、滿度的可編程增益放大器。共模匹配電阻Rc的電阻值通過調(diào)整零位、滿度,看可編程增益放大器PGA的輸出信號是否正常來選擇,通常其電阻值要大于臨界值。非線性補償電阻Rf的電阻值通過調(diào)整零位、滿度,看量程中點的信號誤差值是否最小來確定,這時的電阻值即為該量程下的非線性補償電阻值。采用本實施例鉑電阻非線性修正溫度變送電路的鉑電阻非線性修正溫度變送器,在0℃-100℃范圍內(nèi)用電阻箱代替鉑電阻測試的結(jié)果,其最大誤差≤0.025%FS。本實施例鉑電阻非線性修正溫度變送電路適用于輸出電壓型溫度變送器。工作原理:激勵電壓源為測溫電橋供電,通過共模匹配電阻Rc使可編程增益放大器PGA實現(xiàn)鉑電阻RT測溫的非線性修正,鉑電阻RT隨溫度變化的電阻值非線性變化的信號經(jīng)可編程增益放大器PGA放大,可編程增益放大器PGA輸出的一部分非線性信號經(jīng)非線性補償電阻Rf反饋到可編程增益放大器PGA的輸入正端,再與鉑電阻RT信號疊加后實現(xiàn)鉑電阻RT的非線性修正。以上是本發(fā)明的基本原理及特征,本發(fā)明具體實施方式不能僅限于此,對于本行業(yè)的技術(shù)人員來說,在未脫離本發(fā)明思路的前提下,還可做出其他類似的改變,而這都應(yīng)視為本發(fā)明權(quán)利要求書所要求的保護范圍。
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