一种提高Pt1000铂电阻测温精度的新方法

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

鬈 分在工业生产过程中温度测量不仅是重要的物理参 温度测量已经是很成熟的技术，温度敏感元件既数，其温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、 有传统的热电阻、热电偶、热敏电阻等温度传感器，又生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，而且 有现代的集成温度传感器、数字温度传感器，还有超收稿日期：2012-11-O8基金项目：中国科学院国家天文台青年人才基金资助项 目(0835032002)作者简介：田炳###(1976-)，女，山东高密人 ，讲师，硕士，主要从事自动化控制、数字信号处理方面的研究.E-mail：ningcl###126.tom通信联系人：胡 超，男 ，助理研究员.E-mail：huchao###bao.ac.an· 604 · 机 电 工 程 第30卷高温度的光学温度传感器，其中热电阻 ，特别是Ptl000铂电阻的测温方法以其高精度、高灵敏度等特点在中、低温测量中占有重要的地位b 。

提高Pt1000铂电阻测温精度的方案有下面3种：(1)使用四线制接法对测量误差进行补偿。铂电阻的使用-般有3种接线方式：分别是二线制接法、三线制接法和四线制接法 ，其中二线制接法没有考虑到引线电阻，只能适用于测温距离比较近的诚；三线制接法消除了部分引线电阻 ；四线制是指在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流，，把 转换成电压信号 ，再通过另外两根引线把U引至测量端。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，但成本较高，主要用于高精度的温度检测 ]。

由于外界干扰或某些不可预知的因素 ，模拟量在受到干扰后，经A/D转换后的结果偏离了真实值，可能会出现-些随机的误差，如果只采样-次，无法确定结果是否可信 ，必须通过多次采样得到-个A/D转换的数据序列，通过软件算法处理后才能得到-个可信度较高的结果。这种方法就是数字滤波。滤波器是-种能使有用频率信号通过而同时抑制(或大为衰减)无用频率信号的电子装置，可分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器是主要采用 、 、c等无源器件组成的滤波电路或由运放和R、c组成的有源滤波器 。而数字滤波则是采用软件算法实现滤波的。数字滤波的前提是对 同-数据进行多次采样(3)软件算法校正Ptl000的非线性度。由PtlO00的特性可知，虽然PtlO00的线性度比较好，但是由于其温度-电阻函数关系并非线性 ，采用单片机运算方法则占用资源和时间都比较多。通常研究者采用查表和算法进行标度变换的方法计算出温度，不仅运算快、占用单片机内部资源少，而且可以在-定程度上对Ptl000进行线性化校正，从而达到非常精确的测温效果。

目前，常用的算法有最小二乘法等等，本研究采用广义延拓逼近新方法进行校正，期望在基本不增加单次运算量的基础上得到更好的测温效果。

1 广义延拓逼近法计算模型延拓域及相应函数值如图1所示。

设△ 内的广义插值函数u ∽为：( ala2Xa3x。， ∈[ 1， 2] (1)式中：al，a ，a -待定系数。

待定系数al，a：，a 可由下列模型确定：章 r图1 延拓域及相应函数值minI(a ， ：，0 )Zta，口 口， ) - . i0浆对于内插模型而言，该模型在分段边界点上满足插值条件，使得各分段之间的变化具有-定的协调性，另-方面又利用分段插值区域周围结点(包括内点)的信息，实现分段区域内外部的最佳拟合，从而充分利用了插值法和拟合法的优点。

2 仿真结果与分析2.1 实验样本说明笔者以-支德国UST公司的Ptl000铂电阻做实验，并且厂家提供了分度表，根据分度表进行最小二乘法和广义延拓逼近法的仿真比较。在Ptl000分度表中，本研究选择l5。～30。区间，间隔为1。的整数温度点和对应的电阻值作为最小二乘法和广义延拓的数据源，拟合数据源如表1所示。

表1 拟合数据源2.2 数据处理过程及结果2.2.1最小二乘法阻温R- 曲线本研究选择二次多项式作为目标函数，表达式为：Rl 。a ct (3)式中： -实际测的电阻；-温度值；a，b，c-待定系数。

由最小二乘法的原理，可得数据样本区间的拟合函数为：第5期 田炳丽，等：-种提高Ptl000铂电阻测温精度的新方法 ·605 ·RIm。1 0003.908 3 Xt-5.77 X 10-4 Xt (4)最小二乘法温阻曲线如图2(a)所示。

2.2.2广义延拓法阻温R- 曲线在15。-3O。每-个分段间隔内，按照公式(2)得到广义延拓函数，其中分段区间位于整个定义域的最左端，需要 ▲行边界处理，即令 。 。；分段区间位于整个定义域的最右端，需要肋进行边界处理，即令 ，X2，最终得到 15个区间的广义延拓函数集 ： A (5)根据广义延拓计算模型，得到分段的广义延拓函数集中的 、 、C系数，如表2所示。

(a最dx-乘和广义延拓法的温阻曲线o)最小二乘和广义延拓法的温阻转换精度比较表2 广义延拓函数集A、B、c系数表 (c)最小二乘和广义延拓法的精度比较最小乘法和广义延拓的温阻曲线如图2(a)所示。

2.2-3 两种方法阻温R-T精度比较根据Ptl000分度表，选择 15o～30。之间间隔为0.1。

的温度点，分别代人式(4)和式(5)，并且和分度表中实际的电阻值进行比较，最小二乘法和广义延拓的温阻转换精度比较如图2(b)所示。

2.2.4两种方法温阻 精度比较根据式(4)和式(5)，结合求根公式可以得出有效的阻温转换公式：--- b-.Jb2-4-a(c-R.，.) (6)2口。

- - √ -43(c-R～ ) f71- ----- 广--～ 将分度表中15。～30。之间对应的电阻值代人到公式(6，7)，并且和分度表中对应的温度值进行比较，最4x-乘法和广义延拓的精度比较如图2(c)所示。

3 结束语针对Ptl000铂电阻温阻函数非线性问题，本研究引入了广义延拓逼近模型来改善Ptl000的温阻非线性图2 最小二乘与广义延拓比较图度，提高测温精度；并利用Matlab平台对新模型和常用的最小二乘模型进行了测温精度上的理论对比。仿真结果表明，广义延拓逼近模型和最小二乘模型在全量程范围内改善非线性度的能力相当，但在样本点附近，广义延拓逼近模型明显得到了更高的测温精度。

本研究的不足之处在于：和最小二乘法相比，广义延拓模型的系数矩阵较为复杂，实际单片机在初次求解系数矩阵时增加了数倍的计算量。在后续的实际单次测温过程中，比最dx-乘法增加-次查表的运算量，因此对测温效率的影响也可忽略不计。