多路铂电阻测温系统设计

　　0　引　言

　　铂电阻精度高、性能稳定，在温度测量领域应用广泛。在进行多点测温的实际应用中选择目前大量使用的四线制薄膜铂电阻作为温度感测元件，测温系统要满足测温范围为0～140 ℃，准确度为0.1 ℃的要求。同线绕铂电阻相比，薄膜铂电阻的自热效应对测量误差影响较大，常规的电路很难满足消除自热误差的要求[1]，提出以小的恒流为铂电阻供电[2]、减小供电时间和提高数据采集速度和精度的方法消除自热效应的影响。另外温度测量是典型的小信号测量，影响其测量精度的因素很多[3]，如恒流源特性[4]、放大器的失调电压等，综合考虑，选择以SOC(片上系统)型单片机C8051F350为系统核心，设计了恒流供电和信号高精度采集电路，通过电路优化设计，实现温度的高精度测量的目的。

　　1　铂电阻测温原理

　　薄膜铂电阻同传统的绕线铂电阻一样依据电阻值随温度变化特性进行温度测量，在0～850℃范围内，其电阻-温度变化特性为方程1表示[5]。

　　式中：R(t)为在温度t时的电阻值，单位为Ω;R(0℃)为在温度0℃时的电阻值，单位为Ω;A、B为特性常数。

　　获得温度值的方法有查表法和公式法2种选择，查表法主要应用于工业测温领域，但实际使用中铂电阻的电阻-温度关系和它有一定偏离，在高精度测量中，使用查表法会带来较大的误差，而且考虑到每只薄膜铂电阻实际特性并不完全一致，特性具有唯一性的特点，用铂电阻自身的特性公式算出的温度会更接近实际测量温度。因此，采用校准的方法对铂电阻进行多点测试，确定其测温特性，在已知电阻值的情况下，用特性公式通过解方程就可求出对应的温度值，从而提高铂电阻的测温准确度[6]。

　　从接线形式上铂电阻分为二线制、三线制和四线制三种，二线和三线制具有引线误差，并且无法消除，从提高测量精度考虑，选择四线制接线方式的铂电阻，该方式完全消除导线对测量精度的影响[7]。薄膜铂电阻不仅精度高、性能稳定而且成本低、热响应时间快，非常适合工业应用，但同线绕式铂电阻相比较，由于其热容小，测试电流流过铂电阻会产生明显的自热效应，引入了额外的误差，在测试精度要求高场合，通常要求供电电流控制在1mA或更小，因此铂电阻输出的电压信号常常在100mV以下，对信号处理电路的性能提出了很高的要求。

　　2　系统构成原理

　　温度传感器型号选择PT1OO薄膜铂热电阻进行温度检测，系统构成框图如图1所示。

　　系统主要由微控制器C8051F350、多路开关、电源和串口电路组成。微控制器为典型的片上系统，集成有恒流源、多路选择器、放大器、AD和串行通信接口多个外围器件[8]，因此简化和方便了电路设计。工作过程：首先系统软件使能并控制恒流源输出电流，通过微控制器逻辑管脚控制外部多路开关分别对4只铂电阻恒流供电，在每只铂电阻流过电流的同时，通过片上多路选择器选择铂电阻2条测试信号线为输入差分信号进入片内缓冲器、放大器和AD转换单元，模数转换后数值通过串口发送给上位机软件接收，最后经上位机软件数据处理，显示出测量的温度值。