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铂电阻测温电路的线性化设计方法 .doc

铂电阻测温电路的线性化设计方法 

懂你的人我不需要
2017-09-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《铂电阻测温电路的线性化设计方法 doc》,可适用于职业岗位领域

铂电阻测温电路的线性化设计方法 铂电阻测温电路的线性化设计方法摘要,介绍一种基于AD转换原理的铂电阻测温的非线性校正方法,分析了铂电阻线性测温的原理,并给出了AD转换器与单片机C接口电路及试验数据。关键词,铂电阻,测温电路设计,模拟数字转换非线性校正,数据采集一、引言铂电阻温度传感器,因其测量范围大,复现性好,稳定性强等特点而被广泛使用。在精密测量系统中,铂电电阻测温系统电路结构图如如图所示,铂电阻信号通通常通过桥式电路转换为电压信号,再经电过放大及AAD转换后送微处理器进进行处理。为了能对铂电阻阻测温的非线性进行校正,,作者利用双积分AD转转换原理,设计了一种高精度的铂电阻测温非线性精校正方案。实践证明,校该方法不仅性能稳定,结构方简单,而且在简,范围内准确度可达到FS字。F二、非线性性校正原理、非线性性AD转换原理因为铂电阻经桥路检测后,为其输出电压其UM与被测温度度q之间具有函数关系,式中,A,B为常系数。如果能构造成一个函数电电路,使其具有与上式相同同的函数形式,使使UM=UN,则容易得出出q=t。这样,在UM=UN=同时的前提下,温度q的测量问题就转化为对时的间间t的测量了。以上上是本文阐述的以变量变换换的形式实现传感器非线性性校正的设计思想。这里tt的量纲为时间,其测量过程是通过过双积分AD转换实现的。双斜率积分转转转换表达为,()式中,UinAD转转换时模拟输入电压,TAD转换过程中正向积分时间,中TAD转换过程中反向向积分时间,UreffAD转换时参考输入电压。入当Uref为为定值时,Uin与T具具有线性关系,因此这种情情况下可以认为AD输出结果为,出T=TUinUref假定Uref(tt)为时间t的函数,Uref(t)=MNtr()其中,M,NN为待定常系数。AD转换后的输出结果若能能完全补偿铂电阻温度非线线性,则有,Uin=aqBqq()故将式和式代入式,假设,设AT=M,BT=N,=则有,T与q在数值上大小相等,,即T=q,可见实现了了铂电阻的温度与数字量线性转换。线可以看出,在,AD转换过程中,模拟电压输入与数字量模输出之间不是线性关系,其出函数关系刚好与函Rqq关系相关反,当其特性实现了了相互完全补偿时,就能获得线性获qT转换。显然,利用双积分显AD转换实现非线性校正的关转键键是应能满足式所表征的函数关系。本方案采用函RCC回路极其简单地达到了该目的。该高精度AD转换器ICL铂电阻测温电路线性化设计的实现采用了性位半双积分位型AD转换器器ICL。ICLL每一个转换周期期分为三个阶段,自动调零阶段、被测电压积分阶零段、对基准电压段Uref进进行反积分阶段。下面结合铂电阻温度测量分析合ICCL的工作过程,,()正向积分阶段ICL与C接口电路原理图如图如所示。在此阶段,ICLI对Uin进进行定时积分,固定时间T=TT。积分器的输出电压为,积()同时,在此阶段基准电容段C对电阻R放电电。外接电阻R正是为了对对铂电阻温度特性的二次非非线性项进行校正而设置的。此阶段完成时,的C两端电压为,端()式中,中UW为t=时电容C两端电压值。将上式在t=TT处按马克劳林公式展开展,若选取适当参数,使,,则上式可简化为为,()())反向积分阶段,在此阶段,基准电容阶C两端电压又被内部积分电路进行压反反向积分,在整个T阶段段UC(t)可认为是线性的,性T结束时积分器输输出又回到零位,此时有,,()由式、式、式整理可得,将式代入上式,得,令等式两边常量对应相等,则有,相q=T。在T时间内,对AAD转换器进行时钟计数数,并以数字量形式输出,从而定量地将被测温度,值反映出来,实现电路值的数字化测量。数三、ICCL与单片机C接口的新方法以往使用是利用它具有多重动态扫描的它BCCD码输出来读取AD转换结果,这样既费时、转又占用较多口线。在又测控仪表中,尽量少占用微处仪理理器IO口线,以最少原原器件、完成尽可能多的任任务是十分重要的。这里介介绍的ICL与单单片机接口的简易方法,是利用是的“BUSSY”端,只需占用单片机机C的一个IOO口和内部的一个定时器,就可以,在十几微秒的中断断服务程序中把ICL的AD转换值送入入单片机内。实践证明,该该方法具有实际应用价值。。在图中,若CC的时钟采用MHzz晶振,在不执行movxx指令的情况下,ALE是稳定的是MHz频率,将,ALE经过二分频可得到得kHz的频率率供给ICL时钟输入钟端。T规定为定时方式时,满足ICL的满量程程要求。ICL在在AD转换阶段,状态输出引脚态BUSY为高电电平,指明AD转换器正处在信号积分和反积分正阶段,这个阶高电平一直持续到消除积分阶段结束。续在定时器方式寄存器在TMOOD中,置T的门控位GGATE为,利用BUSSY作为计数器门控信号,T,的计数将受BUSYY控制。控制计数器只能在在BUSY为高电平时计数数,那么输入信号,ADD转换值=BUSY高电平期间内计数器计数值平图中用用ICL的BUSYY端接C的外部中断中,POL为信号极性输出端,接极C的,高、低电平表示被测测信号为正、负极性。四、实验结果及误差分析析在以铂电阻测温电路的线性化设计的方案中路,误差来源,一方面来自于基基准电容放电过程的非线性性引起的误差,当RC取值满足值时,此项误差折合成温度值可小于。另合一一方面误差来自于AD转转换准确度。当选用位半半AD转换器ICL时,其准确度为,折合最大温度误差为,两项误差相对独立,电电路总体测温误差为。。本电路经组装后,进行了实际性能测试,实验数了据据见表。从测试结果看,,样机最大误差为,与分析结论基本相近。与表标准温度()显示温度()绝对误差()参考文献贝德福德、道芬里、里H普雷斯顿托马斯合著,袁光富斯译,温度测测量,计量出版社,赵学增,检测与传感技术,哈尔滨工业与大学出版社,大郑建国,一种高精度的铂郑电阻温度测量方案,自动电化化仪表,()TheDesignfortheLinearizationofiPPtResistancecTemperatureMeasureummentAbstractc,AcorrectingmethocdofnonlidnearerrornforfPtresistancetempseraturemeaesurementbassedonstheprincipleopfADconvefrsionisprresentedTheedesigneprincipleofiPPtresistancelineartcemperatureemeasurementmisanalyzedPracticadlcircuitflorinterfacoingADiconverterwitvhsinglechhipcomputericandtestdatasaregivenKeywords:Ptresistance,rTemperaturemeasuringecircuit,Analogdigitnalconversiaon,Nonlinoearcorrecteion,iSampless第一作者简介,蔡辉,华中科技大学控制科学与工程系,控作者,蔡辉孙德保

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