利用单片机消除热电阻测量误差

lilino

半导体热电阻结构简单，其电阻值大，反应速度快，灵不受外界的影响，但是正常采用的热敏电阻是具有负温度特性的非线性元器件，且输出电势比较小，必须经过放大才能满足ADC的输入要求，放大电路的误差主要于放大器的失调电压和增益Av的漂移，本文介绍单片机对上述测量误差进行修正的方法。
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1 对半导体热敏电阻非线性的影响
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* x6 u9 {+ T! f热敏电阻负温度特性的非线性，其关系如下：
Rr=AEB/T
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; L  F6 L5 K6 j/ ]此非线性使得他很难用相关的电路来进行补值，在使用有微处理器的系统中很好的解决这个问题。实践证明因电路的离散性直接使用此公式的误差很大，使用数字工具只需简单地测量温度和模数转换结果之间的关系，通过实测有限个数据点。利用多项式拟合的方法在Matlab中编写一个程序可以实现，使用四阶多项式拟合可满足要求实际应用。
$ w: g  b7 e/ M: v4 z7 r实际应用中考虑到单片机的运行速度有限，无法进行大量的浮点运算，此程序运行之后可以生成一合乎需要的表，单片机通过查表得到ADC转换的值，便可以知道所测的温度。
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5 u) x% j& z/ @! E) b2 对放大器失调电压和增益漂移的影响
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影响放大器测量精度的因素很多，其主要因素有：
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(1)增益漂移

3 ]7 S, k5 b5 O' x0 X由于元器件的老化，使其参数发生变化，从而使放大器表现出来的增益和事先设计好的增益相比，发生了偏离，最终导致测量结果发生偏差，精度降低。
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(2)温度漂移
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' u+ S: J1 @8 q  B* R! c# _2 S随着放大器使用环境温度的变化，运算放大器的失调电压UIO也会随之改变，从而导致测量结果偏离，精度下降。
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: i. n  ?0 Z: p9 o8 r针对上述的两种原因，如果能得到测量时刻放大器失调电压UIO增益Av真实值，再通过单片机编程运算求出传感器的输出量，从而避免了上述的两种原因对测量精度的影响。系统硬件结构框图如图1所示。

温度稳定性极高的MCl403和3只温度稳定性好的精密电阻R1，R2，R3，通过模拟多路开关为放大器提供了2个标准电压，考虑到运算放大器的失调电压：
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, [1 P4 f/ P' {由此可见，所要测量的信号仅与输出信号UO，一个参考输出电压，两个参考输出电压有关，而这些量都是已知的。因此可以通过单片机编程计算出当时要测量的信号，在式(9)形式上似乎Ul与Av，UIO无关，实际上式(9)隐含对Av，U20的补偿作用(因为式(9)是式(6)演变来的)。其程序结构框图如图2所示。

3 结 语
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6 ?  A5 W5 i) E8 {/ L. t% s由上面分析可知，通过对硬件采取一定的措施，再加上单片机编程计算能力，提高了系统检测精度，在我校课程设计中得到验证，具有较高的实用价值。

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实际应用中考虑到单片机的运行速度有限，无法进行大量的浮点运算，此程序运行之后可以生成一合乎需要的表，单片机通过查表得到ADC转换的值，便可以知道所测的温度。