係統組成

為了提高精度，根據被測溫度的大小選用量程接近該溫度的傳感器，3種不同溫度分別選擇不同傳感器如下。

測量1100℃的傳感器用K型熱電偶，其測量範圍：-200～1300℃
，能夠滿足要求。熱電偶的熱電勢是毫伏級的


，0℃時輸出為0 V，1100℃輸出45．118 7 mV
；該信號為幅值比較小，且冷端(自由端)不可能恒為0℃，所以需設計冷端補償電路和放大器。

測量300℃的傳感器用Pt1000的鉑電阻，測量範圍：-50～300℃：0℃時電阻阻值1 000 Ω
，300℃時電阻阻值2 120．515 Ω，反映溫度的物理量是電阻，因此需要設計電橋將電阻的變化量轉換位差模電壓的變換量
，然後進行信號放大和電平抬升。

測量100℃的傳感器用AD590集成溫度傳感器
，測量範圍：-50～150℃，該器件精度較高，全溫度範圍內
，非線性誤差僅為±0．3℃，可充當一個高阻抗
、恒流調節器，調節係數為1μA／K，即該器件在273．15 K(0℃)時輸出273．15 μA電流，溫度每升高1℃電流增加1μA
；反映溫度的是電流信號
，因此需要將電流轉換成電壓信號後進行信號放大和電平抬升。

電路設計

調理電路主要由電源和各個放大器以及相應的信號變換電路組成，下麵分別對各個模塊進行詳細論述。

電源電路

電源電路是讓各個模塊正常工作，係統使用了兩路恒壓源，恒壓源分別為PT1000電橋電源(9 V)和輸出抬升電源(1 V)

，9 V電源如圖1所示。1 V電源和9 V電源基本相同
，隻是部分參數不同。電源電路中的集成運算放大器采用LM224
，該芯片集成了4組運算放大器，工作電源可為單電源(12V)。

 
圖1：恒壓源電路圖

圖1中D2為穩壓管，9V電源選用額定擊穿電壓為9．1 V的1N4696，1 V電源選用額定擊穿電壓為1．2 V的LM385
；RW92是電位器

，和穩壓管並聯起到分壓的作用，滑動頭分別可得到9 V和1 V的電壓
；運放在這裏是電壓跟隨器，輸出電壓和電位器滑動頭處的電壓大小相等

；R92是限流電阻
，和穩壓管串聯；兩個電容是退耦電容，大小0．1 μF
，起到穩定電壓的作用。為了不影響穩壓管工作電阻阻值不大於500 Ω，電阻功率不小於1 W。電位器阻值不小於10 kΩ。

ADS90調理電路

AD590是shi集ji成cheng溫wen度du傳chuan感gan器qi
，輸shu出chu為wei電dian流liu，相xiang當dang於yu恒heng流liu源yuan，若ruo要yao對dui此ci進jin行xing放fang大da需xu先xian轉zhuan換huan為wei電dian壓ya，可ke在zai其qi回hui路lu串chuan入ru電dian阻zu
，根gen據ju歐ou姆mu定ding律lv
，電dian阻zu上shang電dian壓ya的de大da小xiao可ke反fan映ying電dian流liu的de大da小xiao

，也ye就jiu是shi溫wen度du的de高gao低di。圖tu2是溫度傳感器AD590的信號調理變換電路

 
圖2：AD590信號調理變換電路

圖2中R11是采樣電阻，阻值10 kΩ，精度1‰；0 ℃時傳感器輸出電流273．15μA
，電阻上的電壓2．731 5 V
；100 ℃時傳感器輸出電流373．15 μA
，電阻上的電壓3．731 5 V；由於溫度為0℃時傳感器器輸出不是0
，因此放大前應先減去該零點電壓，該電壓常量見圖中VRef，由9V利用電位器RW11分壓後獲得
，大小為2．731 5 V；0℃時運放輸入差分電壓(Vin-VRef)為0 V。圖中U1為儀表放大器，選用AD623，單電源供電
，增益1～1 000，其結構圖如圖3所示
，隻需調節一個電阻RG即可改變增益，Vo=(1+100kΩ／RG)(V+～V-)，輸出信號基準電平可以在一定範圍內任意給定(利用5腳REF端)。

圖3：AD623原理結構圖

運放輸入電壓Vin範圍2．731 5～3．731 5 V，減去基準後0～1 V(峰峰值1 V)
，放大後要求輸出電壓1～5V(峰峰值4V)，因此放大器的放大倍數為4，調節1腳和8腳之間的電阻RG(圖2中的R12和RW12)可改變放大倍數；運放5腳輸入1 V的電壓基準
，即在0℃時運放輸入為0 V(Vin～VRef)
，輸出為1 V(對地)
，100℃時輸出5 V
，圖2中電容為退耦電容或濾波電容，大小0．1μF。

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PT1000調理電路熱

市麵上的PT1000根據接線形式有兩線製

、sanxianzhijiefahesixianzhi

，sixianzhijingduzuigao，liangxianzhizuidi

，sanxianzhijieyuliangzhezhijian
，jianyujingduyaoqiuhelianxiandefuzachengduerxuanyongsanxianzhi，caiyongsanxianzhixingshi
；這種連線方式可以去除導線電阻帶來的零點不準確。

三線製PT1000的一端有一根出線，另一端有兩根出線，連線如圖4所示。圖中藍線接電源
，紅線和PT1000組成電橋的一個橋臂
，綠線、WR41和R43組成另一個橋臂；2個橋臂中均引入了長度幾乎相同的導線(綠線和紅線)，溫度變化時2個橋臂引線電阻同時增加或同時減小
，而電橋零點不受影響，這樣就提高了精度。

圖4中WR41是調零電位器
；電橋的輸出直接連接運放AD623，其連接和調節增益方法和上節中相同這裏不再介紹。調試時PT1000用電阻箱實現的，阻值由分度表獲得的。

 
圖4：PT1000信號采集調理電路

電偶調理電路

熱電偶測溫的基本原理是2種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢。溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為冷端(自由端)，冷(leng)通(tong)常(chang)處(chu)於(yu)某(mou)個(ge)恒(heng)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)。若(ruo)測(ce)量(liang)時(shi)，冷(leng)端(duan)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)
，將(jiang)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。因(yin)此(ci)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)措(cuo)施(shi)補(bu)償(chang)由(you)於(yu)冷(leng)端(duan)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)稱(cheng)為(wei)熱(re)電(dian)偶(ou)的(de)冷(leng)端(duan)補(bu)償(chang)。

 
圖5：K型熱電偶及冷端補償電路

本設計采用晶體管PN結溫度特性進行冷端補償，冷端補償電路和熱電偶串聯

，如圖5所示。圖中T為熱電偶，其他為冷端補償電路，晶體管選用三極管9012
，其電壓溫度變化率約為-2．1 mV／℃，3個電阻、電位器和PNP三極管組成電橋。當冷端溫度升高時

，PN結壓降降低
，WR81滑動頭電勢降低，WR82和R83中間電勢不變
，電橋輸出增大
，補償了熱電偶冷端的溫漂，當溫度降低則相反。電路的輸出直接連在運放AD623的輸入端。

結論

文中針對幾種不同類型的溫度傳感器(ADS90、PT1000和K型熱電偶)
，設計了電源電路、信號轉換電路和放大抬升電路，使各種傳感器的輸出達到統一的1～5 V的標準信號；並在實驗室利用高精度電壓

、電流源和電阻箱分別對熱電偶、AD590和PT1000進行了模擬
，結果表明，調理電路的相對精度可達到0．1級，連接傳感器後能達到0．5％的不確定度；重量為55 g達到了預期的效果。