摘 要: 為了實現基于金屬鉑材料制作的熱電阻溫度傳感器在高溫測量環境下實現對溫度數據的高精度測量，提出一種基于優化電路參數及阻溫方程參數的溫度檢測系統設計方案。設計利用恒壓源電路，獲得穩定的理想電壓，通過不平衡電橋差分放大電路和二階有源濾波電路得到理想采集信號; 設計優化了電路參數，校正了鉑熱電阻因高溫產生的非線性。通過熔融沉積成型( FDM) 3D 打印噴頭實驗平臺，驗證了設計方案的有效性，實現了在高溫測量環境下對溫度數據高精度測量的目的。khf壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
引 言
鉑熱電阻溫度傳感器被視為#為理想的測溫元件，因其測量范圍大，測量精度高，性能穩定性好，抗振性能強，機械強度高，耐高溫耐壓性能好［1］等優點，被廣泛使用于各種實際測量環境下。然而，在高溫環境下，外界待測溫度會對測量電路和溫度傳感器造成一定程度的影響，嚴重制約了溫度檢測系統的精度，為了提高基于鉑熱電阻測溫系統的檢測精度，本文提出了一種基于優化電路參數及阻溫方程參數的溫度檢測系統設計，基本實現了對待測溫度測量區間的參數優化設計，并通過 FDM 型 3D 打印噴頭實驗平臺，驗證了本設計方法的有效性，有效提高了溫度測量的準確性。
1 檢測系統電路設計
Pt100 型鉑熱電阻測溫原理是金屬鉑的電阻阻值會隨溫度的增加而增加［2］。傳統的溫度測量方法便是利用鉑
熱電阻的這種特性，測量在恒定電路中的鉑熱電阻兩端電壓，反推其電阻阻值，#后根據鉑熱電阻的阻溫特性函數關系得到測量環境的溫度值。
常用引線接法有兩線制、三線制和四線制。其中，兩線制接法#為簡單，但因為引入了不可控的引線電阻，因此會對測量精度產生較大的影響，一般只使用在對測量精度要求不高的簡單測試中; 有人提出了恒流源驅動四線制鉑熱電阻測量方法，四線制接法將電源線與信號線分離開來，可以較好避免引線電阻引起的測量誤差，但在獲得高精度測量結果的同時，也會顯著增加設備成本和設計復雜度; 三線制接法有效兼顧了測量精度和成本之間的關系，被廣泛應用在工業測量領域。
通過研究對比各種測量方法的優缺點，設計了一種基于恒壓源控制的三線制惠斯登差分放大測量電路，并通過優化電路參數使得電壓變化范圍#大化，后利用壓控二階低通濾波器有效抑制了電路噪聲對采樣信號的影響，得到了準確性較高的電壓值，從而可以更加精que的計算出鉑熱電阻的阻值變化。
1． 1 恒壓源驅動電路
恒壓源電路為惠斯登橋差分放大電路提供電壓，其電壓的穩定性對參考電壓與測量點電壓的準確度有著直接影響。因此，輸出電壓的穩定性是恒壓源電路設計的重要標準。電阻型溫度傳感器的自熱效應是對測量精度影響的另一重要因素，使用電阻型溫度傳感器時，其自熱效應必須注意［3］。針對本文所采用的 Pt100 型熱電阻而言，必須保證其耗散功率不超過 0． 1 mW［4］，所以設計恒壓源輸出電壓為 0． 3 V，輸入電壓采用低功率、低飄移的 ＲEF3030 芯片產生的基準電壓。恒壓源電路如圖 2 所示。
在該系統中輸入電壓 U0 = 3 V，輸出電壓滿足
3 實驗驗證
3． 1 實驗步驟
根據上述電路優化原理可以得到對 Pt100 型鉑熱電阻測溫系統的優化方法，其步驟如下:
1) 根據初始特征參數函數關系，確定在待測溫度區間［T1，T2］的邊界阻值 ＲT1和 ＲT2 ;
2) 根據電路優化方程計算惠登通電橋分壓電阻值 Ｒ1和儀表差分放大電路反饋電阻值 ＲG 的優化結果;
3) 利用精密加熱控制系統，使得精密溫度傳感器所測得的真實邊界溫度達到 T1 和 T2，并利用本文提出溫度檢測系統對加熱系統進行測量得到 T'1和 T'2 ;
4) 判斷是否 T1 － ΔT ＜ T'1 ＜ T1 + ΔT 和 T2 － ΔT ＜ T'2 ＜T2 + ΔT 同時成立，其中 ΔT 為允許誤差，如果是，則結束進行步驟( 6) ，否則，進行步驟( 5) ;
5) 反向求取 T'1和 T'2所對應的鉑熱電阻阻值 Ｒd 和 Ｒu，并與邊界溫度 T1 和 T2 代入標準阻溫函數關系式中，修正得到特定溫度區間內的特征參數 A 和 B，并返回步驟( 1) ;
6) 利用端基線線性集合求得在待測溫度區間［T1，T2］內線性優化方程( 式( 9) ) 。
3． 2 實驗結果
為了驗 證 本 文 所 提 出 優 化 方 法 的有效性，本 文 以STM32F103ZET6 處理器［7］為核心設計了溫度檢測電路，并利用高精度熱電偶溫度采集儀和加熱可控的 FDM 型3D 打印噴頭加熱平臺對本文提出的溫度檢測系統進行了溫度測量驗證，設定目標溫度區間 390 ～ 410 ℃ 以驗證本測溫系統在高溫環境下的實際使用情況。優化結果如表 1 所示。
當目標溫度區間設定為 390 ～ 410 ℃時，因為高溫對測量系統的影響，直接測量會產生較大的誤差，需要對特征函數參數進行優化，得到如表 2 測量數據
4 結 論
通過實驗表明，本文所提出的溫度檢測系統即使在高溫測量區間內，也可以有效的減少電路干擾信號對測量結果的影響，得到較為準確的測量結果，測量誤差在 ± 0． 5 ℃內，基本達到了設計要求。
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