基于鉑RTD電路使用很少的元件來提供高性能

RTD傳感器的標準使用方式是把它包含在后接一個差分放大器的橋路中。問題在于，兩個非線性因素（一個來自傳感器，一個來自橋路）會影響傳遞函數。一些方法試圖避免這個問題，但它們往往既龐大又昂貴（參考文獻1、參考文獻2、參考文獻3）。某種備選電路建議只給差分放大器添加一個額外電阻，但它既未提供設計指導原則，也未提供結果（參考文獻4）。本設計實例填補了這個空白。雖然電路分析有些復雜，但性能很好，并且該電路使用的元件很少。

　　除了鉑RTD(R?Θ)以外，該電路只有6個精密電阻、1個運算放大器、1個電壓參考（圖1）。R4是差分放大器的額外電阻，向傳感器交付額外電流，它與正在測量的溫度有關。借助恰當設計，該電路可在多種輸入溫度提供良好的線性和穩定性。輸出電壓VO按以下方式依賴于電路元件：

　　其中YI=1/RI，I=0 至 4。

　　對于正溫度，以下形式的二次多項式可近似表示RTD特性：

　　其中R0是0℃時的傳感器電阻，α和β是系數，Θ是被測溫度。首先替換第二個方程，并做一些變換后，得到：

　　其中B、C、K是常數，f(Θ)是溫度的函數。圖2描繪了f(Θ)的一般形狀。當f(Θ)盡可能接近于常數時，輸出電壓以線性關系依賴于溫度。這種情況在f(Θ)的極小點周圍最正確。一些額外的關系規定輸出電壓在0℃時為0V，轉換系數為10 mV/℃，函數f(Θ)的最小值在測量范圍中心，流過RΘ的電流導致的傳感器自熱可忽略不計。

　　圖3描繪了符合這些要求的電路。傳感器為DIN-IEC 751鉑RTD。Microsoft Excel軟件從該RTD的校準表擬合了13個點，范圍是0至600℃，步長為50℃。該電子數據表軟件確定R0的值為100Ω，α的值為3.908×10–3（℃）–1，β的值為5.801×10–7℃–2，R2因子為1。

　　電路所有電阻的公差為0.02%，溫度系數為50 ppm/℃。可使用兩個微調電位器VR1和VR2來獨立調節0讀數和范圍讀數。應該在550℃執行范圍調節，以便匹配正誤差和負誤差的大小。在不超過基本非線性的前提下，還可擴展溫度范圍，使它不從0℃開始，而是從–100℃開始。通往傳感器的三引線連接明顯減輕了連接電纜電阻RC對準確度的影響。

　　表1描述了該電路性能的評估結果，采用了校準的精密十進制電阻、校準的4.5位萬用表（讀數環境溫度為24℃和68℃）、±12/±15/±18V電源、0/5Ω電纜電阻。