提高热电阻、热电偶测量精度措施！

　　2．2 提高热电偶测量精度措施
　　与三线制平衡电桥法相拟，图2所示的电路输出电压V1与V2数值较小，还应加入一级电压放大后，再进行A／D转换。参考电压VR一般由精密恒压源提供稳定的电压信号，此外单片机软件在数学计算上选择适当的算法和字长时，该计算误差也可不计。但放大电路的放大倍数β和RV会因元器件个体而异，特别是在批量生产时元器件的精度难以保证统一，因此对一个具体输入电路而言，还需考虑β和RV带来的误差。
　　为了消除β和RV带来的误差，可以通过标定法，在仪表生产时进行自动标定计算，求得实际电路的β和RV值，再将这两个参数记录在仪表的非易失存储器中，在仪表进行温度测量时，读取该参数按式(1)进行计算，从而得到精确的测量温度。
　　如果把图2中长导线用尽可能短的导线代替(即r=O)，并以精密电阻R代替热电阻Rt，VAD是A／D转换器的参考电压，β为电压放大倍数，其余部分保持不变，则有：

　　在式(4)中，R是已知阻值的精密电阻；D是A／D转换的结果，该结果可方便地从仪表显示装置中读出；VR与VAD是基准电压，为恒定的常量；β为电路的总放大倍数；K是A／D转换的比例因子，如对于14位的A／D转换器，K=214。那么式(2)中只有2个未知数RV和β。对于一个具体输入电路，如果取2个阻值已知的精密电阻R1、R2分别接入图2所示电路进行标定(标定时，尽量使r=0)，就可以得到一个二元一次方程组。这样，对于一个具体输入电路而言，可从方程组解出β和RV，其结果如下：

　　上述标定方法可以总结为：2个阻值已知的精密标准电阻R1、R2分别接仪表的输入端，且使用连接导线的电阻尽量减小，这时记录仪表读数D1与D2，代入式(5)即可计算出所标定仪表的未知参数β和RV。在使用中，建议将VR与VAD使用同一个基准源，这样式(5)中β的计算就与参考电压的精度无关。这种方法减小了不同基准源之间的差异，特别是减小了不同基准的时漂与温漂的影响。
　　2．3 测量电路
　　图3是高精度Pt100温度测量系统的前置输入电路部分，其中Pt100基准电压与A／D转换器ICL7135的基准电压为同一电压基准源，Pt100的2路测量输入信号V1与V2采用同一运算放大器放大(1+R3／R4)倍后进入A／D转换器，使用微型继电器K1进行通道选择，这种方法共用运算放大器、A／D转换器、基准电压源，减小了不同器件之间的差异对测量结果的影响。ICL7135的A／D转换结果通过串行方式与单片机相连，可以大大节约单片机的IO口。该电路在标定时，使用标准电阻100Ω与300Ω进行标定，将标定结果β和RV存入单片机系统的EEPROM中。在实际测量中，单片机系统将β和RV取出，作为已知值，由式(3)计算出电阻Rt值。

　　2．4 测量电路试验分析
　　对比三线制平衡电桥法，该电路检测结果得到了大大提高，表1是2种不同方法的测量标准电阻值的对比。其中r为线路电阻。

　　从表1中可以看出，由于三线制平衡电桥法理论测量结果即存在较大误差，且随线路电阻r的增加，引起的误差越大，随待测热电阻阻值增大，绝对误差也呈增大的均势。表1中，****相对误差为被测电阻Rt=300 Ω，线路电阻r=20 Ω时，达到了2．57％。本文采用改进后的三线制法的实测结果在所测数据范围内****绝对误差只有0．3 Ω，****相对误差为±0．1％。电路使用的A／D转换器仅相当于14位的A／D转换精度，若使用更高精度的A／D转换器，可达到更高的测量精度。在实际的热电阻传感器测温仪表中，还需加入由被测电阻转换为对应温度的相关程序。即在测量得到Rt后，由式(1)计算即可精确求解出实际的温度值。
　　3 结论
　　三线制平衡电桥法在热电阻测量中应用广泛，但存在无法消除传感器引线电阻引起测量误差的问题。本文分析了测量热电阻平衡电桥法中存在的问题，提出了恒压分压式三线制测量方法，分析了测量电路产生误差的原因及影响因素，推导并建立了待测电阻的影响参数及公式，设计了完整的测量电路，包括信号放大器和A／D转换器以及与单片机的接口电路。最终对所设计电路的测试精度进行试验测定，试验表明，三线制平衡电桥法测标准电阻值在100～300Ω，线路电阻在0～20Ω时****测量误差达到2．57％，而平衡三线制测量误差只有±0．1％。从而获得了高精度的三线制热电阻测量电路。