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(tu)2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、三san線xian製zhi接jie法fa和he四si線xian製zhi
，四si線xian製zhi精jing度du最zui高gao，兩liang線xian製zhi最zui低di，三san線xian製zhi介jie於yu兩liang者zhe之zhi間jian，鑒jian於yu精jing度du要yao求qiu和he連lian線xian的de複fu雜za程cheng度du而er選xuan用yong三san線xian製zhi，采cai用yong三san線xian製zhi形xing式shi
；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。