基于PT1000的高精度溫度測量系統

2．3 A／D轉換電路
A／D轉換電路由一個集成A／D轉換器AD7712完成，同時將利用其內部的PGA完成儀表放大器的差分放大功能。AD7712是適合低頻測量的高精度A／D轉換器。片內含有2個輸入通道AIN1和AIN2，能將模擬信號轉換成串行數據輸出。利用AD7712實現數據轉換采集的原理電路如圖4所示，實際工作時需要對其進行配置。選用差分輸入通道AIN1，輸入信號極性為雙極性。

測量結果的誤差主要來源于參考電阻Rref、Rref0的誤差，以及差分放大倍數k和A／D轉換器轉換輸出的誤差。為了達到要求的測量精度，參考電阻Rref、Rref0將采用定制的UPR塑封金屬箔電阻，這種電阻具有O．05％的初始精度，小于5 ppm的溫度穩定性。AD7712的非線性誤差小于O．001 5％，增益溫度穩定性小于2 ppm，并且還可以通過單片機對AD7712進行校準來減小其非線性誤差以及增益誤差。

3 定標與實測結果
3．1 測量系統定標
首先用高精度電阻箱(誤差5 ppm)代替Pt1000對測量系統進行定標。根據式2所示的實測Pt1000電阻／溫度關系標定數據，通過改變電阻箱的取值來設定相對應的測試溫度點標稱值，經過測量系統、A／D采樣和上位機程序計算，得到測量溫度顯示值。根據初測數據對測量電路、補償電壓進行校準后，得到測量系統定標數據如表1所示。

從表l測量數據可見，測量系統引入的最大誤差為0．003℃。因此只要Pt1000鉑電阻的定標誤差足夠小，精度高，整個溫度測量系統就可以滿足高精度的測量要求。
3．2 恒溫箱實測
將鉑電阻傳感器Pt1000接入測量系統，并置入高精度恒溫箱中(溫控精度0．01℃)進行整個溫度測量系統定標測量。測量時要注意恒溫箱的密封，以提高環境溫度穩定性；恒溫箱溫度穩定后，每隔3 min對同一溫度點進行20次測量。測量溫度值數據及處理結果如表2所示。由于設備條件所限，測量溫度范圍只有(10～70℃)。

表2中，隨機誤差是根據同一溫度點的20次測量數據計算出的標準偏差(σ=SQR[(xi-X)2／(n-1)])；系統誤差是恒溫箱設定溫度與本溫度測量系統測量溫度平均值的差值。由表2中數據可見，測量系統的最大隨機誤差為0．005℃，且在接近室溫時最小；測量系統的最大系統誤差為-0．009℃，說明Pt1000鉑電阻傳感器的定標誤差較小，精度也較高，能滿足高精度溫度測量系統的測量要求，但溫度高端誤差較大，可能與恒溫箱溫度控制精度有關，有待于進一步定標。

4 結論
利用三線制恒流源驅動Pt1000鉑電阻，有效克服了導線電阻和自熱效應對測量精度的影響；利用單片機計算雙極性驅動電流下的兩次測量電壓可有效避免接線勢壘電壓及放大器、A／D轉換器的失調與漂移產生的系統誤差；恒流源與A／D轉換器共用參考基準，有效消除了參考基準不穩定產生的誤差。在上位機中采用MLS數值算法抵消噪聲，進一步克服了噪聲和隨機誤差對測量精度和穩定度的影響，大大提高了溫度測量精度和穩定度，使得整機最大的測量誤差不大于0．01℃。