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鉑電阻測溫電路的線性化設計方法
摘要：介紹一種基于A/D轉換原理的鉑電阻測溫的非線性校正方法，分析了鉑電阻線性測溫的原理，并給出了A/D轉換器7135與單片機89C51接口電路及試驗數據。
關鍵詞：鉑電阻，測溫電路設計，模擬-數字轉換非線性校正，數據采集
一、引言
鉑電阻溫度傳感器，因其測量范圍大，復現性好，穩定性強等特點而被廣泛使用。
在精密測量系統中，鉑電阻測溫系統電路結構圖如圖1所示：鉑電阻信號通常通過橋式電路轉換為電壓信號，再經過放大及A/D轉換后送微處理器進行處理。為了能對鉑電阻測溫的非線性進行校正，作者利用雙積分A/D轉換原理，設計了一種高精度的鉑電阻測溫非線性校正方案。實踐證明，該方法不僅性能穩定，結構簡單，而且在0～200℃范圍內準確度可達到0.15%FS±4字。
二、非線性校正原理
因為鉑電阻經橋路檢測后，其輸出電壓UM與被測溫度q之間具有函數關系：
式中：A，B為常系數。如果能構造成一個函數電路，使其具有與上式相同的函數形式：
同時使UM=UN，則容易得出q=t（這里，“q=t”僅有數學意義，實際上它們的量綱是不一樣的）。這樣，在UM=UN的前提下，溫度q的測量問題就轉化為對時間t的測量了。
以上是本文闡述的以變量變換的形式實現傳感器非線性校正的設計思想。這里t的量綱為時間，其測量過程是通過雙積分A/D轉換實現的。雙斜率積分轉換表達為：
(1)式中：Uin—A/D轉換時模擬輸入電壓，
T1—A/D轉換過程中正向積分時間，
T2—A/D轉換過程中反向積分時間，
Uref—A/D轉換時參考輸入電壓。
當Uref為定值時，Uin與T2具有線性關系，因此這種情況下可以認為A/D輸出結果為：
T2 = T1Uin / Uref .
假定Uref(t)為時間t的函數：Uref(t)=M Nt (2)
其中：M，N為待定常系數。
A/D轉換后的輸出結果若能完全補償鉑電阻溫度非線性，則有：Uin=aq Bq2 (3)
故將式（2）和式（3）代入式（1），
假設：AT1=M，BT1=N/2,
則有：T2與q在數值上大小相等，即T2=q，可見實現了鉑電阻的溫度與數字量線性轉換。
可以看出，在A/D轉換過程中，模擬電壓輸入與數字量輸出之間不是線性關系，其函數關系剛好與Rq—q關系相反，當其特性實現了相互完全補償時，就能獲得線性q/T2轉換。顯然，利用雙積分A/D轉換實現非線性校正的關鍵是應能滿足式（3）所表征的函數關系。本方案采用RC回路極其簡單地達到了該目的。
2. 高精度 A/D轉換器ICL7135
鉑電阻測溫電路線性化設計的實現采用了4位半雙積分型A/D轉換器ICL7135。ICL7135每一個轉換周期分為三個階段：自動調零階段、被測電壓積分階段、對基準電壓Uref進行反積分階段。下面結合鉑電阻溫度測量分析ICL7135的工作過程：
(1)正向積分階段ICL7135與89C52接口電路原理圖如圖2所示。在此階段，ICL7135對Uin進行定時積分，固定時間T1=10000T0（T0為時鐘周期）。積分器的輸出電壓為：
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