基于铂电阻的温度测量系统设计
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目 录
第1章 题目及原理分析……………………………………………………………………1
第2章 总体设计……………………………………………………………………………3
第3章 详细设计及公式计算………………………………………………………………3
3.1 三线制恒流源驱动电路设计………………………………………………………3
3.2 信号调理电路设计…………………………………………………………………5
第4章 参数设计及运算……………………………………………………………………6
第5章 仿真结果……………………………………………………………………………7
第6章 误差分析 ……………………………………………………………………………9
第7章 心得体会 ……………………………………………………………………………9
参考文献 ……………………………………………………………………………………11
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第一章 题目及原理分析
本次设计题目为基于铂电阻的温度测量调理电路设计，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。
本设计即是利用铂电阻传感器作为测温元件进行温度测量，设计关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值，并以电压形式表现出来,从而得到温度的变化，
在常用的Pt1000(Ro=1 000 Ω)是以温度系数TCR=0．003 851为标准统一设计的铂电阻。其温度电阻特性是：
温度／电阻特性公式如下：
-200
0
其中Rt在t℃时的电阻值，R0在0℃时的电阻值。TCR=0.003851时的系数值为：41202701-3010*183.4,10*775.5,10*3..9083ACCCBC
在进行电路设计时，由于高此项的系数较小，可进行近似的线性处理。
- 2 - Pt1000分度表
温度
℃ 电阻值 温度
℃ 电阻值 温度
℃ 电阻值
-10 960.859 95 1366.077 200 1758.560
-5 980.444 100 1385.055 205 1776.932
0 1000.000 105 1404.005 210 1795.275
5 1019.527 110 1422.925 215 1813.590
10 1039.025 115 1441.817 220 1831.875
15 1058.495 120 1460.680 225 1850.132
20 1077.935 125 1479.514 230 1868.359
25 1097.347 130 1498.319 235 1886.558
30 1116.729 135 1517.096 240 1904.728
35 1136.083 140 1535.843 245 1922.869
40 1155.408 145 1554.562 250 1940.981
45 1174.704 150 1573.251 255 1959.065
50 1193.971 155 1591.912 260 1977.119
55 1213.210 160 1610.544 265 1995.145
60 1232.419 165 1629.147 270 2013.141
65 1251.600 170 1647.721 275 2031.109
70 1270.751 175 1666.267 280 2049.048
75 1289.874 180 1684.783 285 2066.958
80 1308.968 185 1703.271 290 2084.839
85 1328.033 190 1721.729 295 2102.692
90 1347.069 195 1740.159 300 2120.515
- 3 - 第二章.总体设计
本温度测量电路采用三线制恒流源驱动法驱动铂电阻传感器。三线制恒流源驱动法是指用硬件电路消除铂电阻传感器的固定电阻(零度电阻)，直接测量传感器的电阻变化量。后接一信号调理电路用于将pt电阻随温度变化的阻值用电压的形式表示出来。
第三章.详细设计
3．1 三线制恒流源驱动电路
本电路中温度传感器Pt1000由恒流源驱动电路负责驱动，将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号。由于相比于温度对晶体管或场效应管参数的影响，温度对集成运算放大器参数的影响较小，并且由集成运算放大器构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点。尤其在负载一端需要接地的场合，获得了广泛应用。
所以本设计采用了图2所示的双运放恒流源。其中放大器UA1构成加法器，
- 4 - UA2构成电压跟随器，UA1、UA2均选用低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器OP07AZ 。
其中Va和Vb分别为参考电阻Rref上下两端的电位，V2和V3分别为UA1两相输入端电位，Va为同相加法器UA1的输出，Vb为电压跟随器的输入。
当取电阻R1=R2，R3=R4时，可得出
2212/)(/V0RVVRa）（
32VV
4333/)(/)(RVVRVVbref
故恒流源的输出电流就为：
00ba//VVIrefrefrefRVR）（
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3.2 信号调理电路
，
信号调理电路如图3所示其中I为电流输入，V1为UA4正相输入端电压，Rt为铂电阻，INNV为差分放大器反向输入端电压值，INPV为差分放大器的正向输入端信号。
电流I输入后，放大器UA3对参考电阻Rref的端电压进行单位放大后得到差分放大器反向输入端信号，其值为： 1VIRV0refINN
t1IRV
从而得到）（trefINNRRIV
放大器UA4对温度传感器Rt(Pt1000)的端电压放大2倍后得到差分放大
- 6 - 器的正向输入端信号，其值为：6INP151/VV/RV0R）（）（
其中65RR，
从而得到tINPIR2V
最终我们可以得到)(reftINNINPRRIVVV
第四章.参数设计及计算
这样当温度在-10到300摄氏度变化时将会引起Rt阻值的变化，从而得到V，通过调节refV和0refR达到调节电流I的目的，配以0refR的调节，使得V在0-2.5v之间变化。
在三线制恒流源驱动电路中，我们不妨设R1=R2=R3=R4=10kΩ
在信号调理电路中，设R5=R6=10kΩ
为此当温度为-10℃时，V为0v，因此到refR=Rt （t= -10℃）
可得refR=961Ω
当温度为300℃时，V为2.5v，此时I=V/)(reftRR
并且00ba//VVIrefrefrefRVR）（
不妨设refV=5v，可得0refR=2.32kΩ
- 7 - 第五章．仿真结果
仿真温度，电压及电阻数据表格
温度
℃ 电压输出V 电阻值 温度
℃ 电压输出V 电阻值 温度
℃ 电压输出V 电阻值
-10 0.000 960.859 95 0.874 1366.077 200 1.720 1758.560
-5 0.042 980.444 100 0.914 1385.055 205 1.759 1776.932
0 0.084 1000.000 105 0.955 1404.005 210 1.799 1795.275
5 0.127 1019.527 110 0.996 1422.925 215 1.838 1813.590
10 0.169 1039.025 115 1.037 1441.817 220 1.878 1831.875
15 0.211 1058.495 120 1.078 1460.680 225 1.917 1850.132
20 0.252 1077.935 125 1.118 1479.514 230 1.956 1868.359
25 0.294 1097.347 130 1.159 1498.319 235 1.996 1886.558
30 0.336 1116.729 135 1.199 1517.096 240 2.035 1904.728
35 0.378 1136.083 140 1.240 1535.843 245 2.074 1922.869
40 0.419 1155.408 145 1.280 1554.562 250 2.113 1940.981
45 0.461 1174.704 150 1.320 1573.251 255 2.152 1959.065
50 0.503 1193.971 155 1.360 1591.912 260 2.191 1977.119
55 0.544 1213.210 160 1.401 1610.544 265 2.230 1995.145
60 0.585 1232.419 165 1.441 1629.147 270 2.269 2013.141
65 0.627 1251.600 170 1.481 1647.721 275 2.307 2031.109
70 0.668 1270.751 175 1.521 1666.267 280 2.346 2049.048
