基于+ADS1247的小型计量检定铂电阻温度计设计.pdf

电
测试
设计硏发
ELECTRON C ES
2013年6月
基于ADS1247的小型计量检定铂电阻温度计设计
温江涛,厉宇2,王贏
1.燕山大学电气工程学院仪器科学与工程系,河北秦皇岛,066004
2:中国石油天然气管道通信电力工程总公司,河北廊坊,065000)
摘要:针对当前在30300℃范围内铂电阻计量檢定温度计存在结构复杂、精度较低的问题,本文提出一种基于T1公
ADS1247的小型计量检定用铂电阻温度计的设计方案。将ADS1247输出的可编程恒定电流作为铂电阻激励源。测量过程中,
采用AIS1247集成的可编程放大器放大铂电阻的电压降,并将放大器输出信号进行24位的AD转换。通过实验测试,基于
ADS1247的铂电阻温度计精度可达到0.05℃,分辨率可达到0.004C
关键词:ADS1247:计量检定:铂电阻;温度测量
The Miniature Platinum resistor temperature gauge for Metrology
Calibration based on ADS1247R
glao
ang
(1 Department of' instrument science and Lechnology, school of'ilectrical engineering, Yanshan
ty, Qinhuangda
2. ctrolcum pipeline communication and Elcctric Engcnccring Corporation of China, Langfang, llcbci
065000)
Abstract: To solve the pro I em of low prec ision and complex structure of platinum resistor temperature
gauge for metrology calibration in the range of-30-300c, this paper presents a design scheme of miniature
plat ium res islor temerature gauge for met rology cal ibrat ion based on DS1217 of TT corp. The programmable
constant-current source of ADS1217 is used as exciting source of platinum resistor. The programmable
ampl ifier of ADS1217 is adopted Lo ampl ified the vol tage drop of platin resistor during the course o[
measurement, and the output voltage of amplifier was digitalized by a 21 bit analog to digital converter
According to the experiment, the measurement precision of platinum resistor temperature gauge can reach to
0. 05cand the resolution can rcach to 0.004C
Keywords ADS1217: Metrology calibration: Platinum resistor: temperature measurement
0引言
产品研发或科学研究过程中对温度测量的要求越来越高,目
计量检定仪器主要来检定和标定口常科学研究和工前的檢定装置的测量精度记经不能满足要求,而且,检定设备
生产中所使用仪器的传感器是否符合使用标准。从本质:来结构庞大、复杂,难以作为可传递的计量检定装置来为用户提
讲,计量检定仪器是精度和分辨率都要高于口常所使用仪器供上门的高精度测温或檢定服务。为了满足科学研究和工业
的标准仪器。日前,承担大量工业企业和部分科研院所计量生产对温度测量精度提高以及对铂电阻计量检定温度计小型
检定工作的省级的计量检定部门使用的铂电阻检定和校准化、易传递的需求,本文提出一种基于Tエ公司ADS1217心片
置的准确度约为0.1度,分辨率为0.01度。随着部分企业的的铂电阻温度计的设计方案。
秦呈岛市科学技术研究与发展计划项目(项目编号:2010141221测量原理
电子测试
将铂电阻随温度变化而变化的电阻值转换为电压信号的压(AVDD)和数字供电电压(DVDD)均为5V,两者之间以0欧姆
方式通常有两种:电桥法和恒流源法。由于电桥法存在不可避电阻分隔。所有与模拟地(AGND)连接的引脚均采用单端接地,
免的非线性,且需要多个电阻进行匹配,所以会在测量中引入模拟地与数字地(DVDD)之间也采用0欧姆电阻隔离。
系统误差。而恒流源法具有结构简单、线性度好的特点,但是,
单片机接收到键盘输入的测量指令后,启动ADS1247,并
由于所采用恒流源输出电流波动,会在测量过程中引入随机对ADSI247进行配置。单片机延时100ms后,开始发起一次测
误差,通常采用在测量通路中串联一个标准电阻的比例测量量,采集30个数据,根据P1100的分度表,以每一摄氏度所対
形式来消除恒流源的波动。如果恒流源的输出是稳定的,那么应的电压范围为一个插値区间,在该范围内以万分之一摄氏
就可以不用串联标准电阻,直接测量铂电阻的电压降来进行度为递进单位进行线性插值。将插值后得到的温度数据按采
温度测星。
集的时间先后顺序,分成3个组,每组10个数据。根据(1)式
ADS1247是TI公司推出的一种高性能、高精度24位模计算每组内各温度数据的方差和
拟数字转换器。ADS1247単片集成一个低噪声可编程增益放
大器、一个精密(AΣ)ADC与一个单周期低通数字滤波器利
∑(a
个内部时钟。内置10mA低漂移电源参考利两个可编程电流
其中:ルー一第J组数据的方差和
型数字模拟转换器(DAC)。通过程序设置,在输出电压裕度内,
第∫组数据内的第个测星值
DACS可为外部提供多种强度的恒定电流,电流强度可被设置
一一第j组数据的均值
为50AA、100A、250AA、500A、750A、1000A、
方差反映了数据波动的程度,在三组数据中,选择方差
1500A。其输出电流的绝对误差与输出电流强度有关,强度最小的一组数据,也就是测量值波动量最小的一组作为有效
越小,误差越小。电流随温度波动约为100pm/"C。
测试数据。进而,选择该组数据内方差最小的测试数据作为最
ADS1217还具有一个可编程放大器(PGA),放大倍数可为终的测量值。
2,4,8,16,32,64,128。采用ADS1247进行测温的原理如图
系统整机尺寸可控制在80×80毫米以内。以士15V的直
所
流稳压电源供电,在测温精度为0.01℃、分辨率为0.001℃
ADS1247
的低温和恒温油槽内进行测试实验。在-30-.300℃范围内进
U匹
电阻
恒流源[A0
行100个温度点的测试,通过分析测试数据,最大误差不超过
「PGA
0.05C,测试分辨率最大为0.004℃。
3结论
铂电阻
Pt1