PT100温度变送器的正温度系数补偿

作者：时间：2011-07-31来源：网络收藏

图5表示PT100实际输出和最接近的直线：y = ax + b，图6画出了经过模拟非线性补偿的PT100输出和其最接近的直线。每个图都给出了温度和电阻之间的关系式，与图4电路的输出计算值相比较。图7、图8所示为PT100在补偿前和补偿后的误差。

图5. PT100的原始输出与其近似直线

图6. 经过模拟补偿的PT100输出与其近似直线。

图7. 归一化误差，表示温度变化时PT100原始输出于其近似直线之间的偏差。

图8. 归一化误差，表示经过图4电路线性化补偿后，温度变化时PT100输出于其近似直线之间的偏差。对图7、图8进行归一化处理有助于观察图4电路的性能。

在实际应用中我们常常需要校准模拟温度计，但一定要尽量减少调节和控制环节，通常只需在两个PT100点校准零点失调和满量程误差。这种方法需要保证PT100的电阻和温度呈线性关系，但实际情况并非如此。

如果只在PT100阻值和温度之间对传输函数进行线性补偿，上述模拟补偿方式可有效降低80%的误差。需要注意的是，PT100较低的功耗(0.2mW至0.6mW)能够减小传感器自身的发热。因此，采用模拟方法实现PT100的非线性补偿很容易实现与±200mV面板表的连接，不需要任何额外的软件开销。

图9. 数字方案：ADC在µP控制下将RTD输出转换成数字量，然后，通过查找表由µP计算相应的温度。

数字非线性补偿电路(图9)由RTD、误差放大器、电流源以及µP控制的ADC组成。通过向热敏电阻注入1mA至2mA的电流，然后测量它在热敏电阻上产生的电压进行温度测量。采用大的注入电流会导致功率耗散增大，使传感器自身发热、导致测量误差增大。图中模数转换器内部的 4.096V电压基准简化了电流激励源的设计。

为了减小导线电阻对测量精度的影响，采用四条独立的导线连接RTD和差分放大器。因为采用了高输入阻抗运算放大器，所以导线电阻引入的电压跌落几乎为零。按照4096mV的基准电压和3.3kΩ的反馈电阻，激励电流近似等于4096mV/3.3kΩ = 1.24mA。因为采用同一个基准电压源驱动ADC和电流源，所以基准源的温漂误差不会影响测量结果。

如果配置MAX197的输入范围为0V至5V，并且设置差分放大器增益等于10，可以测量的最大阻值为400Ω，对应的最高检测温度为+800°C。µP也可以同时使用查表法对传感器测量信号进行线性化处理，采用两个精密电阻替换图中的RTD (0°C时采用100Ω，满量程或更高时采用300Ω)，可以对该电路进行校准。