Способ линеаризации термометров с металлическим терморезистором

Датчики температуры из чистых металлов (меди, платины и др.) обладают заметной нелинейностью, особенно если их применять для точных измерении в широком диапазоне температур. Автор предлагает несложный способ их линеаризации.

Нелинейность зависимости сопротивления R, металлического датчика от температуры можно скомпенсировать подключив к нему сопротивление специально рассчитанной величины [1, 2].

Способ линеаризации термометров с металлическим терморезистором, схема

Порядок расчета покажем на примере платинового датчика, имеющего сопротивление г 1=100 Ом при температуре t1=0°C, r2=139,113 Ом при t2=100°C, г3=177,033 Ом при t3=200 °С. Линеаризацию проведем для диапазона температур 0... 200 °С.

Вначале по формуле (5), приведенной в статье [1], определим дополнительное сопротивление (следует иметь в виду что в этой формуле и там же в формуле для расчета постоянной В перепутаны числитель и знаменатель).

Rдоп = [r2(r1 + r3) - 2*r1*rЗ]/[(r1 + r3) - 2*r2]= =-2625,56 Ом.

Здесь дополнительное сопротивление имеет отрицательный знак и обычным резистором уже не обойтись В связи с этим воспользуемся усилительным каскадом на ОУ, входное сопротивление которого при наличии положительной обратной связи отрицательно (см. рисунок). При подключении рассчитанного отрицательного сопротивления параллельно датчику результирующие сопротивления датчика для указанных температур становятся равными:

r1 =r1*Rдоп/(r1+ Rдоп) = 103,9596 Ом, r2 =146,8962 Ом, r3 =189,8328 Ом.

Нетрудно заметить, что с таким подключенным сопротивлением датчик стал линейным r2 - r1 = r3 - r2 = 42,9366 Ом. Зададимся коэффициентом усиления каскада на ОУ К=2 (R3=R4) и изменением выходного напряжения ОУ при изменении температуры на 100 °С- дельта U = 100 мВ

В этом случае ток, который надо пропустить через датчик при его нулевом сопротивлении, должен быть равен Ід = дельта U/[К(r2 - r1 )]= 1.1645 мА Сопротивление резистора R1 при напряжении питания 5 В составит R1=5/1,1645-4,2937 кОм. Сопротивление резистора R1, включенного параллельно с отрицательным входным сопротивлением каскада на ОУ, при К=2, равном R2, должно составить Rдоп. поэтому Rдоп = R1 ( -R2)/(R1-R2), откуда R2=R1|Rдоп|/(R1 + |Rдоп|)=1,6293 кОм.

Контрольный расчет показывает, что выходное напряжение ОУ при трех указанных выше температурах составит 242,12, 342,12, 442,12 мВ, а изменение этого напряжения будет равным расчетному значению 1 мВ/град. Если напряжение на выходе делителя R5R6 установить 242,12 мВ, то поданное на вход цифрового вольтметра напряжение Uвых обеспечит индикацию температуры в градусах Цельсия с учетом знака.

Зависимость ошибки показаний от температуры выглядит так, как показано на рис 2 в [ 1 ], но максимальное значение ошибки несравнимо меньше - в пределах диапазона линеаризации оно составляет 0,003°С при t=+50 °С и 0,006 °С при +150 °С а за пределами этого диапазона - 0,04 и 0,096 °С при температуре -100 и +300 °С соответственно

Следует отметить, что для реализации столь высокой точности в качестве DA1 нужно применить сверхпрецизионный ОУ, например 140УД24 [3].

П. Алешин, г. Москва. Р2001, 1.

Литература:

  1. Алешин П. Линеаризация терморезисторного моста - Р1997, 11.
  2. Ратновский В. Приставка для измерения температуры цифровым мультиметром - Р1999, 3.
  3. Интегральные микросхемы. Операционные усилители Том 1. - М Физматлит 1993, 240 с.
0 506 Автоматика и управление
линеаризация термометр
кэшбек