基于ADS1248高精度测温装置的设计

中图分类号：TH811 文献标志码 ：A doi：10.7535/hbgykj.2013yx0407Design of high precision temperature measuringdevice based on ADSl 248ZHANG Shuqing ，LI Yan。，WANG Buzhou ，LI Chaoyang。，LI Guoji(1.Aircraft Four Stations Repair Equipment Factory，Shijiazhuang Hebei 050071，China；2.School of Computer Science andEngineering。Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China；3.Dongxu Group Company Limited，Shijiazhuang He-bei 050000。China；4.Shijiazhuang Captain Power Transmission Company Limited，Shijiazhuang Hebei 050000。China)Abstract：Due tO the strict requirement of environment temperature on the transportation and storage of vaccine.a temperaturemeasuring device with high precision is introduced.Ptl00 is selected as temperature sensor，the interference of transmissionline is removed by using four-lines measuring method.And a ratio measurement method is designed SO that the precision of thesystem depends only on a high precision resistor.The using chip of ADS1248 contains a PGA amplifier and a 24 bit ADC chip，which reduces the complexity Of the device and provides high resolution.The measurement precision reaches 0.1℃ ，meetingthe vaccine delivery and storage requirement。

Key words：ADS1248；four-lines resistance measurement；high precision temperature measurement；ratio measurementmethod收稿日期：2O13-03-19；修回日期：201 3-04-17责任编辑：陈书欣基金项 目：河北省自然科学基金(E2012208006)；河北侍育厅高等学衅学研究计划(ZH2011243)；河北侍育厅高等学衅学研究计划自然科学优秀青年基金(Y2012018)作者简介 ：张树青(1960-)。男，天津人，工程师，主要从事机械制造方面的研究 。

E-mail：hp593###163.COrn温度测量L 与人类的生产和生活息息相关 ，在工农业生产、仓储和产品流通等环节中，需要对产品所处环境的温度进行精密控制，比如疫苗的存储和运输，这就要求人们能够高精度地测量温度以实施相应的温度调控。本测温装置在传统-味追求高精度的测温器件以达到测温精度的基础上在电路的设计中也进行了调整，以更大程度地提高温度测量的精度。

25O 河 北 工 业 科 技 第 3O卷1 装置工作原理及硬件设计1.1 ADS1248介绍ADS1248是高度集成的 24 bit精密 ADC芯片，集成了低噪音可编程增益放大器(PGA)，单周期设定数字滤波器的精密 Delta-Sigma ADC振荡器输入切换器(input mux)，集成了两路恒流源，可采样 4组差分或 7组单端输入，还具有 5O/60 Hz同步抑制模式；传感器断线检测功能设计中选用该芯片可在不影响性能的情况下减少器件数量，ADC的数据速率高达 2 ksps，功耗仅为 2.56 mw，芯片集成度高，应用中可简化电路设计。

1.2 Ptl00四线制测阻值原理L3 ]由于 PtlO0的电阻范围很小，通常在几十欧姆到-百几十欧姆，用 Ptl00的电阻来表示温度的大小，导线上等效的电阻将不能忽略，传统的测试方法忽略了导线上等效的电阻势必将引起很大的误差，对于高精度的测量，这么大的误差是不允许的。本装置采用四线制测电阻的方法能够完全消除连接导线上的等效电阻的影响，精度高稳定性好。测试电路图如图 1所示。

图 1 四线制测量电阻阻值Fig.1 Four-wire resistance measurement如图 1所示 ，四线制测温的时候在 A点加入恒流源，那么AB两端将产生-定的压降，这个压降包括了导线上的等效电阻压降，这时不测量 AB两端而是测量6两端的压降，这样就去除了导线上等效电阻的压降，得到了恒流源经过电阻时产生的真实压降，从而提高测温的精度。

如图2所示，让 ADS1248集成的恒流源流经待测热敏电阻和高精度电阻 R。，R。两端的电压作为ADS1248芯片 ADC的参考电压。待测电阻 PtlO0的电压接 到 ADS1248的模 拟 输人 口的 AIN0和AIN1，AIN0和 AIN1两端的电压经 ADS1248的PGA放大，然后进行 ADC，得到电压值，转换成电阻值，最后对照 Ptl00得出当前的温度值。

IEXC0AIN0- J AINl -] / REFfIo MCUADS1248/ L 厂 REFNO图 2 测 温 电路Fig.2 Temperature measurement circuit图 2的测温 电路简单实用，它巧妙地利用ADS1248的恒流源同时流经待测电阻 R。和产生ADC参考电压的电阻 R。，使得 R。与 R0之间的电压等于它们之间的电阻，避免了因为参考电压的误差而引起的系统误差，也简化了软件编程的计算。

同时，这个电路可以进行热敏电阻的短路和断路检测，当热敏电阻 R。短路时，ADC的值为0，当R-断路时，ADC的值为最大值。所以当 ADC的值接近于 0或者接近于最大值时可以认为待测电阻已经短路或者断路。

图 3 软件流程 图Fig.3 Flow chart of software第 4期 张树青，等：基于 ADS1248高精度测温装置的设计由于本装置电路简单，而且选用了集成度很高的 ADS1248芯片，使得软件设计非常简单，选用-般的单片机就可以满足要求，程序流程也很简单。

对芯片、单片机 I/0接口等进行初始化后检测-下电路的连接是否正常，如果正常直接采集 ADC的值，然后转化为温度值。在每次采集 ADC之前检测-下待测电阻是否有断路或者短路情况。

在把 ADC采集的值转换成温度值时，需要查询 Ptl00的电阻温度对应表，因为对应表内的数据精确到了 0.01 Q，现在假设电阻在 0.01 Q间隔上电阻与温度是线性关系。这种假设引入的误差最大为 I 。

当本系统用于要求精度高的测温系统时，需要将温度数据做进-步处理，显示出来或者通过通信接口传输到下-个系统(比如控制系统)。这时只需要通过通信接口将数据传输出去就可以了。

3 装置的高精度理论分析3.1 Ptl00的精度Pt100温度传感器是-种以白金(Pt)做成的电阻式温度检测器，它的阻值和温度是正相关的。当Ptl00在 0℃时的阻值为 100 Q，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但它们之间的关系并不是简单的正比关系，而更应该趋近于-条抛物线。

通过大量的实验，已经获得了-个精度为1。C的阻值温度关系表，在使用中查表即可。因为该装置是高精度测温装置，所以假设 2个相邻整数温度之间是线性关系，以提高测量精度。Ptl00属于-种高精度的热敏电阻，目前的制作工艺其阻值精确度可达到 0.5 。

3.2 四线制测量电阻阻值的精度根据 1.2节分析，四线制测电阻时去除了导线上的等效电阻的影响，这种方法测量电阻阻值其精度几乎可以达到 i00 ，电阻的测 量误 差可 以忽略不计。 ，3.3 ADS1248的 ADC精度及其他可 能引起 的精度误差ADSI248集成了 24 bit的高精度 ADC电路，其测量最大误差为 0.001 。在通常的 ADC转换电路中还存在因为参考电压的误差引起的测量误差，在 3.1节介绍中已经说明，本系统采用的比例法测电阻巧妙地避免了这-点。

3.4 系统的总体误差[7 ]在本设计 中 R。选择高精度的 2.2 kQ 电阻(2.2 kQ电阻经 1.5 mA 电 流产 生 的压 降 在ADS1248参考电压的最佳参考电压范围内)，目前的制作工艺其精度-般为±(0.O1 ～1 )，取最大误差 l 参与运算。ADS1248的PGA选择 128倍。

则满足式 (1)：垦 24 - 。 (1) 0 r r 0 ，式中：J 为 ADS1248产生的恒流源电流；U Dc为 ADS1248芯片盼 AD转换值；UPGA为 ADS1248芯片选择的 PGA的值。整理得到R1- 。

利用数值分析的知识算得系统测量热敏电阻的理论误差为(R1，-4象 R0)f OR，f×删 l )o(3)查阅资料知 e(R。)为±(O.O1 ～1%)，现取最大误差 1 参与运算，所以 e(R。)的精度误差为l ；查阅ADS1248数据手册得 (， Dc)最大值为0.001 ；e(Um )最大值为 0.01%。代入计算得e(尺 )：I ×o.o1I ×0.o0o ol ×0.0oo 1。 (4)式中：128是ADS1248的 PGA放大倍数。

由于 Ptl00的测量精度为 0.026 9/6，而它的制作工艺精度为 0.5 9/6，所以相对于 PtlO0的制作工艺，本系统的测量电阻部分 可以认为是零误 差的理想系统。本系统的最终误差等于 Ptl00的阻值温度对应表的误差，精确到了 0.I℃。在装置软件设计分析中引人了 l 9/6的误差，这个误差是在精度为 0.1的基础上的 l ，可以忽略不计 。

本装置温度测量值和更高精度温度测量值的对比表见表 l。

表 1 本系统测温精度对比表Tab.1 Comparison of the temperature measurement accuracy252 河 北 工 业 科 技 第 3O卷在分析中知道该系统装置的温度精确到了0.1℃。为了更准确地测试本系统的精度，在对比时保留到0.0l℃，对比仪器选用重庆风云仪器有限公司的恒温槽低温鉴定装置，它有不同的规格，可满足- 80500℃的温度标定，温度波动≤±0.005℃，水平温差≤±0.005℃，最大温差≤±0.01℃。

通过表 1的比较，本系统的测温装置精度很高，达到了 0.1℃。

5 结 语通过对本系统的理论分析及实际测试与更高精度的测量仪器进行对比，本系统对测试电路上的改进等方法的确提高了系统的精度与稳定性。使系统的测温精度精确到0.1。C以内。能够满足许多对温度测量和控制要求高的工农业生产中。本系统电路设计简单容易实现，性能稳定，性价比高，在工农业生产中可以更广泛的使用。