铂电阻温度传感器的非线性特性及其线性化校正方法

1、铂电阻温度传感器的非线性特性及其线性化校正方法 (合肥工业大学) 张翠莲 杨家强 邓善熙Zhang,Chuilian Yang,Jiaqiang Deng,Shanxi摘要：详细地介绍了有关铂电阻的非线性特性并提出三种线性化校正方法。关键词：温度传感器;铂电阻;非线性;校正文章编号:1008-0570(2004)06-0038-02: : ; ;.在机械加工，工业制造等领域经常要考虑到温度对测量或加工的影响，因此对温度的测量和控制就显得尤为重要，传感器是实现测量与控制的首要环节。广义来讲，一切随着温度的变化其物理性质也发生变化的物质都可以作为温度传感器。而铂电阻因其测量范围广，复现性好，性能稳

2、定等优点而在中温（）范围内得到广泛应用。 铂电阻的非线性特性铂电阻测温原理是：铂电阻的阻值与温度成一定的函数关系。在之间，其阻值与温度符合下面的函数关系：(9)在之间，其阻值与温度符合下面的函数关系：()其中和分别表示铂电阻在和时的阻值，, 。由此可见，在之间存在非线性项。由可知，该函数曲线是一条单调上凸曲线，也即铂电阻的阻值与温度之间不是线性关系，这就要求我们在实际应用铂电阻时要考虑到铂电阻传感器的线性化校正问题。 线性化校正方法在实际的应用中常用的线性化方法有：查表法，数学公式法，作图法等。本人在电路设计过程中使用前两种方法，得到了很好的线性化结果，现介绍给大家，供大家参考。 用查表法进行

3、线性化对于高精度的铂电阻测温数字显示仪表，可将铂电阻的电阻温度分度表以转换器的输出数据为地址固化在存储器中，也即在中，以转换值为单元地址存放与之相对应的温度值。当以转换器的输出结果为地址访问时，存放在该单元的温度值被读走，并被送入显示器显示。在中，电阻温度分度表的编制方法是：设铂电阻的测温范围是， 则电阻的变化范围是，设用位转换器，转换电压范围是，那么一个量化单位，电阻的量化单位为()。当转换结果为，电阻为，查分度表可知，则在单元中写入。当转换结果为时，电阻为，查分度表可知，则在单元中写入。以此类推，可以将整个电阻温度分度表存入 中。非线性校正误差的大小取决于的转换精度，且误差在范围内，转换的

4、一个量化单位代表，因此非线性校正的最大绝对误差为。若改变测量范围和转换器的转换精度，使的一个量化单位代表，则可使量化误差降低到，大大提高测量的精度。优化查表法：上面提到的校正方法的优点是能够实现快速查表的功能，但显然需要进行硬件调零，即在零度时使的转换值为。我们可以将这种方法进行进一步的改进，近而用软件调零的方法实现。设计电路如图所示：在该电路设计中，用衡流源给无源铂电阻温度传感器（）供电（例如衡流源），将温度的变化反映到放大回路的输入电压的变化上来。电路设计中我们采用位的转换器（例如），量程为，则一个量化单位为。这里设放大回路的放大倍数为，衡流源的电流为,，转换值为，设。 我们可以调节放大回

5、路的放大倍数，使的阻值每变化,转换器的转换值就增加，即，则。当时，,，则 的转换值为，所以()，其中为的转换值。当的转换值为时，可得到() ，查表可得，则在 单元写入，表示。当转换值为时，() 查表可得，在单元写入（这里是以转换值与时的转换值之间的差值为地址存放温度值的），以此类推可以将整个铂电阻温度分度表存入中。这种方法的测量精度由两个因素决定：的转换精度和电阻的分度值，即转换值每增加电阻的变化值。我们可以调节放大电路的放大倍数，来达到提高测量精度的目的。铂电阻的阻值每增加,转换值增加，测量精度为，调节的放大倍数为，使铂电阻的阻值每增加，的转换值增加，则测量的精度为，精度提高了一倍。同样我们

6、可以调节放大倍数当时，,，则 的转换值为，所以()，其中为的转换值。当的转换值为时，可得到() ，查表可得，则在 单元写入，表示。当转换值为时，() 查表可得，在单元写入（这里是以转换值与时的转换值之间的差值为地址存放温度值的），以此类推可以将整个铂电阻温度分度表存入中。这种方法的测量精度由两个因素决定：的转换精度和电阻的分度值，即转换值每增加电阻的变化值。我们可以调节放大电路的放大倍数，来达到提高测量精度的目的。铂电阻的阻值每增加,转换值增加，测量精度为，调节的放大倍数为，使铂电阻的阻值每增加，的转换值增加，则测量的精度为，精度提高了一倍。同样我们可以调节放大倍数为，则可使转换精度提高为，这

7、种电路设计简单，而且能很容易地达到所希望达到的测量精度。 上面提到的两种校正方法的优点是能实现快速查表的功能，缺点是当测量的范围较大或测量的精度较高时，因为每一个温度值都要占用一个存储单元，因此整个电阻温度分度表将占用较大的存储空间。用数学公式法实现线性化用公式法实现线性化的关键是要选择合适的理想直线来代替电阻温度曲线。根据实际的电阻温度函数关系式，我们可以画出实际的特性曲线为如图所示的曲线。一般上我们用连接测量范围的起点与终点的直线（曲线）来代替实际曲线，即经过线性化后的理想电阻温度特性曲线用公式表示为： ()() 设测量范围为，则公式为() 此时非线性误差可用下式表示：()()()()令，可得：当()时 非线性误差最大,()()将,代入公式可得：，相当铂电阻左右的变化值。即在度测量范围内，最大测量误差为。这种用线性直线代替实际曲线的方法可以用在精度要求相对较低，测量范围较小的场合。利用这种方法的优点是简单，缺点是精度低。以上为本人在电路设计中的一点经验总结。大家在设计电路时可以根据自己电路的实际测量范围和测量精度的要求选用不同的线性校正方法。参考文献1李华，系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社。