王昌世(1957-)，男，硕士，高级工程师，合键磋商倾向为温度丈量与掌管。

　　摘要：选用高精度测温芯片（Si7051）对热电偶做冷端积累；为做温度↔电压的转换,正在热电偶分度外中做高密度双向线做动肩组成不服均电阻桥来检测热电阻值；通过解析法求解Pt100的一元四次热电阻方程获得温度；行使高精度Σ-Δ且有易驱动效用的模数转换器（ADC）；选用ARM Cortex-3机合的高职能32位微经管器STM32F103。归纳这些本事,能使温控器测温别离率到达0.001℃。对以上合联实质的差错说明以及正在STM32F103上的编程完毕是本文陈说的重心。文中所述不但是对温度丈量，对其它薄弱电量、非电量（如压力，重量等）信号的丈量也是有模仿影响的。

　　仍沿用守旧的测温电途机合：传感器→ 滤波→ 前置放大1 → 传感器类型切换→ 前置放大2 → 再滤波→ ADC → MCU 经管。况且ADC 每每集成正在MCU 中，这不但别离率较低（众为12 位或以下），参考电源又众不行变。此种机合元件众，噪声大，不适合高精度测控。以热电偶为例，正在0 ~ 661 °C的量程内，别离率很难超出0.1 °C。精度也难超出0.5%

　　是温度的绝对值温度，单元是°C ）。近几年，很众IC 公司针对热电偶如此的微伏级的弱传感器信号，将上述守旧测温机合集成到一道，推出了高别离率（16 位、20 位和24 位），且有众通道的ADC，如

　　图1 所示是比力通例的安排，相对简便。没有了特意的信号放大、通道切换电途，滤波电途也是最简便的一阶无源RC。

　　最新的热电偶邦际规范是2013 年版的IEC60584—1:2013，与之等同（IDT）的邦度规范是GB/T1639.1—2018。它适合做相对高精度测温。从高精度的视角，应选购1 级差错（ 0.004 ×

　　正在 −50 ~ 250 °C ）；或A级（次高级，±(0.15 + 0.002)

　　2）冷端（又称参比端[4]）积累热电偶测温要治理一个冷端积累题目。详细做法是：

　　②因为温度↔ 电压的非十足线性合联，须正在E 型分度外[4]，用线性插值算法，把tcj 还原成电压Vcj[3]。

　　③把Vcj 加到TC 的输出电压Vtc 上，动作TC 的输出电压一个别。

　　3）输出电压领域。对E 型热电偶，正在−68 ~ 661 °C测温领域，查分度外[4]，对应的电压（ Vi ）领域是−3.711 ~ 49.997 mV。为普及别离率，可能缩小量程并加大GAIN。FS 和GAIN 的界说睹1.4。

　　必要把非电量的电阻形成电压信号，二线 的引线差错，不行取消，测温过失大（r = 0.225 Ω时，约为1 ~ 1.5 °C）。三线 不服均电阻电桥如图 3（或图2）所示。

　　，ΔR 流露相对R0 的随温度转折量，有正负；Vcb 是桥途电源； Vb 是不服均时桥压。三线 电桥对引线差错是可控的。

　　①实测， 2 m 长的 Pt100 引线 m 以内恳求， 约为2.25 Ω 。再按式（4）， 恳求R1 、R2 正在r 千倍以上，以削减引线 kΩ；

　　[5]，以掌管自热。但也不行太小，不然影响电桥测阻聪慧度，实质可取I p = (1 ~ 2) mA；

　　（4 便是GAIN），此时，按照式（9） Vcb = 5 000 mV，再由式

　　（9）可得：正在 −68 °C 时， Vb = −52.2 mV ，是以Vb 的领域是(−52.2 ~ 50) mV。桥压Vb 也经低通滤波（ R89 、R90 、C26 和C33 ） 晚生入ADC 的差分通道（CH0-CH1，

　　这个相对差错很小，况且温度高于0.5 °C后，差错还会逐步再减小。归纳上述，只须餍足式（3a），就能把引线电阻r影响降到以内，以至更小（遵照实质需求安排）。

　　这正在实质中是存正在的）则会引入差错，此时，这里的三线电途也不行齐全治理题目。是以正在添置时要向供应商提出三线 ADC的采取和行使

　　①归纳别离率高，差错小。外面上是16 位，实则17 位（蕴涵符号位）的别离率。理思情状下，可别离1 μV电压。

　　②有2 个差分通道，正好餍足通常温控器对热电偶和Pt100 的输入需求，不需外加切换电途（会引入噪声差错）。③有内置的可编程增益放大器（PGA， 1 ~ 256 ，分8 级）。

　　通常轻视转换差错（偏移、非线性等），转换数据与Vref 成反比， 即ADC_Data =

　　为完毕满度转换（正的转换数据到达0×10000），对热电偶，按1.3.1节，GAIN =

　　，ADC_Data 值动摇越大。GAIN 的采取可通过掌管器的按键来完毕。

　　② F103 用的是3.3V 做事电压，而2486 用5V ，中心要有电平转换。为此，F103 的出信号（MOSI、SCK、NSS） 应修立为开途（OD）， 上拉电阻为(3.3 ~ 5.1) kΩ ；而 2486 的输出信号 SDO 则应通过电阻分压到3.3 V 后连到F103 的MISO。如图2 所示。

　　参照库函数编程。只是要贯注修立PB13，PB15 线为复用漏极开途输出。此格式是为了正在F103 与2486 间举办电平转换。

　　④ 2486 正在转换终止时会正在SDO 引脚输出1 bit 低电平，它可动作转换终止符号（即EOC 信号）来占定，通常用盘查格式。

　　①正在 (−68 ~ 68) °C（冷端所处温度每每为境遇温度），分12 段举办线 °C 为一个间隔（取10 的整数倍为瓦解点）；②设Th 、Vh 、Te 、Ve 、Tcj 、Vcj 为float（浮点）变量，不同流露每段的首点温度；首点电压；末点温度；末点电压；积累温度；积累电压。

　　,floatVh，floatVe，floatTcj)，阴谋积累电压值：⑤把Vcj 加到热电偶的输出电压（ Vtc ）中，即。2）措施（略）

　　正在(−68 ~ 661) °C的测温领域内，仍以10 °C为间距正在分度外中做线）算法”的线性插值算法。分别的是，输入是电压Vi ，结果是温度t。详细是：①、②、③同上；

　　。这时Th = 220 ， Te = 230 ，Vh = 14.912 mV， Ve = 15.664 。假设对热电偶丈量电压Vi 是正确的，按式（8），阴谋温度

　　2.4.1 把Vi0 换算成电阻Rt 的措施1）算法按照式（5），当餍足式（3），则桥压

　　②让a = 0.000004183，b = −0.0004183，c = 0.5775，d = −3908.30，e = R

　　3.1 精度说明丈量精度每每会小于别离率，也便是说高别离率是高精度的根源。

　　为 0.004。可对 K 或其它型热电偶做雷同精度说明。切磋到正在同样的量程下，要到达Fs 值，必要取更大的GAIN，这将下降少少别离率。

　　)。比如，显示值是68 °C，由于68 − 0.1− 0.0017 × 68 = 67.8864， 68 + 0.1+ 0.0017 × 68 =68.1156，是以实质温度能够是 (67.8864 ~ 68.1156) °C之间的一个值。贯注，切磋电途安排的归纳噪声成分（蕴涵元件精度的采取），有时，能够达不到上述比力理思别离率的情景。

　　图4 显示的是STC 温控器测试的境遇温度时所得，值为20.693 °C。外 1、外 2 则是该温控器连结测试的数据记载，一个用Pt100，另一个是E 型热电偶。这些值有时能维持～ 10 ~ 13 s ，通常～ 4 ~ 5 s ，讲明该温控器的 Pt100 能别离0.001 °C，热电偶能别离0.014 °C。完毕了高精度。

　　温控器的高精度温度测控任重道远，查究蕴涵四线 行使正在内的更新的测温本事来普及测温精度将是本实习室的下一个前行宗旨。