基于PT1000的高精度温度测量系统

2．3 A／D转换电路
A／D转换电路由一个集成A／D转换器AD7712完成，同时将利用其内部的PGA完成仪表放大器的差分放大功能。AD7712是适合低频测量的高精度A／D转换器。片内含有2个输入通道AIN1和AIN2，能将模拟信号转换成串行数据输出。利用AD7712实现数据转换采集的原理电路如图4所示，实际工作时需要对其进行配置。选用差分输入通道AIN1，输入信号极性为双极性。

测量结果的误差主要来源于参考电阻Rref、Rref0的误差，以及差分放大倍数k和A／D转换器转换输出的误差。为了达到要求的测量精度，参考电阻Rref、Rref0将采用定制的UPR塑封金属箔电阻，这种电阻具有O．05％的初始精度，小于5 ppm的温度稳定性。AD7712的非线性误差小于O．001 5％，增益温度稳定性小于2 ppm，并且还可以通过单片机对AD7712进行校准来减小其非线性误差以及增益误差。

3 定标与实测结果
3．1 测量系统定标
首先用高精度电阻箱(误差5 ppm)代替Pt1000对测量系统进行定标。根据式2所示的实测Pt1000电阻／温度关系标定数据，通过改变电阻箱的取值来设定相对应的测试温度点标称值，经过测量系统、A／D采样和上位机程序计算，得到测量温度显示值。根据初测数据对测量电路、补偿电压进行校准后，得到测量系统定标数据如表1所示。

从表l测量数据可见，测量系统引入的最大误差为0．003℃。因此只要Pt1000铂电阻的定标误差足够小，精度高，整个温度测量系统就可以满足高精度的测量要求。
3．2 恒温箱实测
将铂电阻传感器Pt1000接入测量系统，并置入高精度恒温箱中(温控精度0．01℃)进行整个温度测量系统定标测量。测量时要注意恒温箱的密封，以提高环境温度稳定性；恒温箱温度稳定后，每隔3 min对同一温度点进行20次测量。测量温度值数据及处理结果如表2所示。由于设备条件所限，测量温度范围只有(10～70℃)。

表2中，随机误差是根据同一温度点的20次测量数据计算出的标准偏差(σ=SQR[(xi-X)2／(n-1)])；系统误差是恒温箱设定温度与本温度测量系统测量温度平均值的差值。由表2中数据可见，测量系统的最大随机误差为0．005℃，且在接近室温时最小；测量系统的最大系统误差为-0．009℃，说明Pt1000铂电阻传感器的定标误差较小，精度也较高，能满足高精度温度测量系统的测量要求，但温度高端误差较大，可能与恒温箱温度控制精度有关，有待于进一步定标。

4 结论
利用三线制恒流源驱动Pt1000铂电阻，有效克服了导线电阻和自热效应对测量精度的影响；利用单片机计算双极性驱动电流下的两次测量电压可有效避免接线势垒电压及放大器、A／D转换器的失调与漂移产生的系统误差；恒流源与A／D转换器共用参考基准，有效消除了参考基准不稳定产生的误差。在上位机中采用MLS数值算法抵消噪声，进一步克服了噪声和随机误差对测量精度和稳定度的影响，大大提高了温度测量精度和稳定度，使得整机最大的测量误差不大于0．01℃。