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传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）
2019年第38卷第4期
DOI:10.13873/J.10009787(2019)04010803
基于铂热电阻的高温检测系统设计与优化
霍钰",2.3，王功1,2
（1.中国科学院空间应用工程与技术中心，北京100094；
2.中国科学院太空制造技术重点实验室，北京100094;3.中国科学院大学，北京100049）
摘要：为了实现基于金属铂材料制作的热电阻温度传感器在高温测量环境下实现对温度数据的高精度测量，提出一种基于优化电路参数及阻温方程参数的温度检测系统设计方案。设计利用恒压源电路，获得稳定的理想电压，通过不平衡电桥差分放大电路和二阶有源滤波电路得到理想采集信号；设计优化了电路参数，校正了铂热电阻因高温产生的非线性。通过熔融沉积成型(FDM)3D打印喷头实验平台，验证了设
计方案的有效性，实现了在高温测量环境下对温度数据高精度测量的目的。关键词：热电阻；惠斯登桥；温度测量；优化设计；线性拟合
中图分类号：TP212
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2019)04-0108-03
Designandoptimizationofhightemperaturedetection
system based on platinum thermal resistor *
HUOYul.2.3,WANG Gongl2
(1. Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China : 2. Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100094, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049, China)
Abstract: In order to achieve high-precision measurement of temperature data in high-temperature measurement environment using platinum thermal resistor temperature sensor. A design scheme of temperature detection system based on optimized circuit parameters and resistance-temperature equation parameters is proposed. Stable ideal voltage is obtained by using constant voltage source circuit. The ideal acquisition signal is obtained by unbalanced bridge differential amplifier circuit and second-order active filtering circuit. The design also optimizes the circuit parameters and corrects the nonlinearity of platinum thermal resistor caused by high temperature. The validity of the design scheme is verified by the experimental platform of the fused deposition modeling ( FDM) 3D printing nozzle. The purpose of high precision measurement of temperature data is realized in the environment of high-temperaturemeasurement.
Keywords: thermal resistor; Wheatstone bridge ; temperature measurement; optimal design; linear fitting
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引言
铂热电阻温度传感器被视为最为理想的测温元件，因
其测量范围大，测量精度高，性能稳定性好，抗振性能强，机械强度高，耐高温耐压性能好[1]等优点，被广泛使用于各种实际测量环境下。然而，在高温环境下，外界待测温度会对测量电路和温度传感器造成一定程度的影响，严重制约了温度检测系统的精度，为了提高基于铂热电阻测温系统的检测精度，本文提出了一种基于优化电路参数及阻温方程参数的温度检测系统设计，基本实现了对待测温度测量区间的参数优化设计，并通过FDM型3D打印喷头实验平台，验
证了本设计方法的有效性，有效提高了温度测量的准确性。收稿日期：2018-03-01
*基金项目：中国科学院重点部署项目（Y6180811XN）
检测系统电路设计 1
Pt100型铂热电阻测温原理是金属铂的电阻阻值会随温度的增加而增加[2]。传统的温度测量方法便是利用铂热电阻的这种特性，测量在恒定电路中的铂热电阻两端电压，反推其电阻阻值，最后根据铂热电阻的阻温特性函数关系得到测量环境的温度值。
常用引线接法有两线制、三线制和四线制。其中，两线制接法最为简单，但因为引人了不可控的引线电阻，因此会对测量精度产生较大的影响，一般股只使用在对测量精度要求不高的简单测试中；有人提出了恒流源驱动四线制铂热电阻测量方法，四线制接法将电源线与信号线分离开来，可