1、鉑電阻溫度傳感器的非線性特性及其線性化校正方法 (合肥工業(yè)大學) 張翠蓮 楊家強 鄧善熙Zhang,Chuilian Yang,Jiaqiang Deng,Shanxi摘要：詳細地介紹了有關(guān)鉑電阻的非線性特性并提出三種線性化校正方法。關(guān)鍵詞：溫度傳感器;鉑電阻;非線性;校正文章編號:1008-0570(2004)06-0038-02: : ; ;.在機械加工，工業(yè)制造等領(lǐng)域經(jīng)常要考慮到溫度對測量或加工的影響，因此對溫度的測量和控制就顯得尤為重要，傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)。廣義來講，一切隨著溫度的變化其物理性質(zhì)也發(fā)生變化的物質(zhì)都可以作為溫度傳感器。而鉑電阻因其測量范圍廣，復現(xiàn)性好，性能穩(wěn)

2、定等優(yōu)點而在中溫（）范圍內(nèi)得到廣泛應用。 鉑電阻的非線性特性鉑電阻測溫原理是：鉑電阻的阻值與溫度成一定的函數(shù)關(guān)系。在之間，其阻值與溫度符合下面的函數(shù)關(guān)系：(9)在之間，其阻值與溫度符合下面的函數(shù)關(guān)系：()其中和分別表示鉑電阻在和時的阻值，, 。由此可見，在之間存在非線性項。由可知，該函數(shù)曲線是一條單調(diào)上凸曲線，也即鉑電阻的阻值與溫度之間不是線性關(guān)系，這就要求我們在實際應用鉑電阻時要考慮到鉑電阻傳感器的線性化校正問題。 線性化校正方法在實際的應用中常用的線性化方法有：查表法，數(shù)學公式法，作圖法等。本人在電路設計過程中使用前兩種方法，得到了很好的線性化結(jié)果，現(xiàn)介紹給大家，供大家參考。 用查表法進行

3、線性化對于高精度的鉑電阻測溫數(shù)字顯示儀表，可將鉑電阻的電阻溫度分度表以轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)為地址固化在存儲器中，也即在中，以轉(zhuǎn)換值為單元地址存放與之相對應的溫度值。當以轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果為地址訪問時，存放在該單元的溫度值被讀走，并被送入顯示器顯示。在中，電阻溫度分度表的編制方法是：設鉑電阻的測溫范圍是， 則電阻的變化范圍是，設用位轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換電壓范圍是，那么一個量化單位，電阻的量化單位為()。當轉(zhuǎn)換結(jié)果為，電阻為，查分度表可知，則在單元中寫入。當轉(zhuǎn)換結(jié)果為時，電阻為，查分度表可知，則在單元中寫入。以此類推，可以將整個電阻溫度分度表存入 中。非線性校正誤差的大小取決于的轉(zhuǎn)換精度，且誤差在范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換的

4、一個量化單位代表，因此非線性校正的最大絕對誤差為。若改變測量范圍和轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，使的一個量化單位代表，則可使量化誤差降低到，大大提高測量的精度。優(yōu)化查表法：上面提到的校正方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)快速查表的功能，但顯然需要進行硬件調(diào)零，即在零度時使的轉(zhuǎn)換值為。我們可以將這種方法進行進一步的改進，近而用軟件調(diào)零的方法實現(xiàn)。設計電路如圖所示：在該電路設計中，用衡流源給無源鉑電阻溫度傳感器（）供電（例如衡流源），將溫度的變化反映到放大回路的輸入電壓的變化上來。電路設計中我們采用位的轉(zhuǎn)換器（例如），量程為，則一個量化單位為。這里設放大回路的放大倍數(shù)為，衡流源的電流為,，轉(zhuǎn)換值為，設。 我們可以調(diào)節(jié)放大回

5、路的放大倍數(shù)，使的阻值每變化,轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換值就增加，即，則。當時，,，則 的轉(zhuǎn)換值為，所以()，其中為的轉(zhuǎn)換值。當?shù)霓D(zhuǎn)換值為時，可得到() ，查表可得，則在 單元寫入，表示。當轉(zhuǎn)換值為時，() 查表可得，在單元寫入（這里是以轉(zhuǎn)換值與時的轉(zhuǎn)換值之間的差值為地址存放溫度值的），以此類推可以將整個鉑電阻溫度分度表存入中。這種方法的測量精度由兩個因素決定：的轉(zhuǎn)換精度和電阻的分度值，即轉(zhuǎn)換值每增加電阻的變化值。我們可以調(diào)節(jié)放大電路的放大倍數(shù)，來達到提高測量精度的目的。鉑電阻的阻值每增加,轉(zhuǎn)換值增加，測量精度為，調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)為，使鉑電阻的阻值每增加，的轉(zhuǎn)換值增加，則測量的精度為，精度提高了一倍。同樣我們

6、可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)當時，,，則 的轉(zhuǎn)換值為，所以()，其中為的轉(zhuǎn)換值。當?shù)霓D(zhuǎn)換值為時，可得到() ，查表可得，則在 單元寫入，表示。當轉(zhuǎn)換值為時，() 查表可得，在單元寫入（這里是以轉(zhuǎn)換值與時的轉(zhuǎn)換值之間的差值為地址存放溫度值的），以此類推可以將整個鉑電阻溫度分度表存入中。這種方法的測量精度由兩個因素決定：的轉(zhuǎn)換精度和電阻的分度值，即轉(zhuǎn)換值每增加電阻的變化值。我們可以調(diào)節(jié)放大電路的放大倍數(shù)，來達到提高測量精度的目的。鉑電阻的阻值每增加,轉(zhuǎn)換值增加，測量精度為，調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)為，使鉑電阻的阻值每增加，的轉(zhuǎn)換值增加，則測量的精度為，精度提高了一倍。同樣我們可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)為，則可使轉(zhuǎn)換精度提高為，這

7、種電路設計簡單，而且能很容易地達到所希望達到的測量精度。 上面提到的兩種校正方法的優(yōu)點是能實現(xiàn)快速查表的功能，缺點是當測量的范圍較大或測量的精度較高時，因為每一個溫度值都要占用一個存儲單元，因此整個電阻溫度分度表將占用較大的存儲空間。用數(shù)學公式法實現(xiàn)線性化用公式法實現(xiàn)線性化的關(guān)鍵是要選擇合適的理想直線來代替電阻溫度曲線。根據(jù)實際的電阻溫度函數(shù)關(guān)系式，我們可以畫出實際的特性曲線為如圖所示的曲線。一般上我們用連接測量范圍的起點與終點的直線（曲線）來代替實際曲線，即經(jīng)過線性化后的理想電阻溫度特性曲線用公式表示為： ()() 設測量范圍為，則公式為() 此時非線性誤差可用下式表示：()()()()令，可得：當()時 非線性誤差最大,()()將,代入公式可得：，相當鉑電阻左右的變化值。即在度測量范圍內(nèi)，最大測量誤差為。這種用線性直線代替實際曲線的方法可以用在精度要求相對較低，測量范圍較小的場合。利用這種方法的優(yōu)點是簡單，缺點是精度低。以上為本人在電路設計中的一點經(jīng)驗總結(jié)。大家在設計電路時可以根據(jù)自己電路的實際測量范圍和測量精度的要求選用不同的線性校正方法。參考文獻1李華，系列單片機實用接口技術(shù)，北京航空航天大學出版社。