AD转换精度对温度测量的影响

党元一

摘  要：温度是我们日常生活中需要经常测量的物理量。文章以PT100、PT1000热电阻为例，讨论了AD转换精度对温度测量的影响。得出的结论对温度测量电路的设计、测量结果的分析具有指导意义。

关键词：

中图分类号：TP273     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0179-02

温度是国际单位制（SI）中的七个基本物理量之一，在物理学单位制中占有重要的地位。在自然界中，许多物质的特征参数与温度密切相关。在工业生产中，诸多的生产过程或产品质量与温度有直接或间接的关系;在科学研究中，温度往往是需要精确测量的最重要的参数之一;在日常生活中，温度与我们生活中的各个环节息息相关。因而温度测量在工业生产、科学研究和日常生活中得到了广泛应用。热电阻是温度测量中使用广泛的测温传感器，它的测量与模数（AD）转换有关，AD转换精度对温度测量产生直接的影响。

1  測温原理

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

本文讨论的测温方法为：将热电阻与标准电阻串联，测量热电阻与标准电阻两端的电压，根据电压的比等于电阻的比计算出热电阻的阻值，通过分度表得出具体的温度值。现讨论用PT100、PT1000热电阻进行温度测量与AD转换精度的关系。

2  PT100测温

PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0 ℃时阻值为100 Ω。现讨论用PT100热电阻进行温度测量与AD转换精度的关系。假设PT100与标准100 Ω的电阻串联，接到电压为3 V的电压上，AD的基准电压为3.3 V，需要精确到1 ℃，分析需要的AD转换精度。

20 ℃时查询PT100分度表，它的阻值为107.79 Ω。

①用8位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/256=0.012890625 V。

PT100两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×107.79/0.012890625=121，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×100/0.012890625=112。

按照电压比等于电阻比计算出PT100的阻值为：

121/112×100=108.04，

经查询分度表此值最接近于21 ℃，误差为1 ℃。

②用10位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/1 024=0.0032226563。

PT100两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×107.79/0.0032226563=483，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×100/0.0032226563=448。

按照电压比等于电阻比计算出PT100的阻值为：

483/448×100=107.81，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

③用12位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/4 096=0.0008056641。

PT100两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×107.79/0.0008056641=1 932，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（107.29+100）×100/0.0008056641=1 792。

按照电压比等于电阻比计算出PT100的阻值为：

1 932/1 792×100=107.81，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

④用14位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/16 384=0.000201416。

PT100两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×107.79/0.000201416=7 726，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×100/0.000201416=7 168。

按照电压比等于电阻比计算出PT100的阻值为：

7726/7168×100=107.78，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

⑤用16位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3V/65 536=0.000050354。

PT100两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×107.79/0.000050354=30 906，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（107.79+100）×100/0.000050354=28 672。

按照电压比等于电阻比计算出PT100的阻值为

30 906/28 672×100=107.79，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

3  PT1000测温

PT1000是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的1000即表示它在0 ℃时阻值为1 000 Ω。现讨论用PT1000热电阻进行温度测量与AD转换精度的关系。假设PT1000与标准1 000 Ω的电阻串联，接到电压为3 V的电压上，AD的基准电压为3.3 V，需要精确到1 ℃，分析需要的AD转换精度。

20 ℃时查询PT1000分度表，它的阻值为1 077.546 Ω。

①用8位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/256=0.012890625 V。

PT1000两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 077.546/0.012890625=121，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1000/0.012890625=112。

按照电压比等于电阻比计算出PT1000的阻值为：

121/112×1 000=1 080.357，

经查询分度表此值最接近于21 ℃，误差为1 ℃。

②用10位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/1 024=0.0032226563。

PT1000两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 077.546/0.0032226563=483，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1000/0.0032226563=448。

按照电压比等于电阻比计算出PT1000的阻值为：

483/448×1 000=1 078.125，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

③用12位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/4 096=0.0008056641。

PT1000两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 077.546/0.0008056641=1 931，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 000/0.0008056641=1 792。

按照电压比等于电阻比计算出PT1000的阻值为：

1 931/1 792×1 000=1 077.567，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

④用14位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/16 384=0.0002014160。

PT1000两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 077.546/0.000201416=7 725，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 000/0.000201416=7 169。

按照电压比等于电阻比计算出PT1000的阻值为：

7 725/7 169×1 000=1 077.556，

经查询分度表此值最接近于20 ℃，误差为0 ℃。

⑤用16位的AD进行转换，AD的最小分度为：

3.3 V/65 536=0.000050354。

PT1000两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1077.546/0.000050354=30 901，

标准电阻两端电压对应的转换数为：

3/（1 077.546+1 000）×1 000/0.000050354=28 677。

按照電压比等于电阻比计算出PT1000的阻值为：

30 901/28 677×1 000=1 077.553，

经查询分度表此值最接近于20℃，误差为0℃。

4  结  语

本文论述了AD转换精度对温度测量的影响，以PT100和PT1000为例，从计算中看出：用8位的AD进行转换误差为1℃，用10位以上的AD进行转换误差为0℃，且误差随着AD位数的增加而减少。

参考文献：

[1] 苏威，刘宁.高精度多路温度检测系统设计[J].自动化技术与应用，2007，（2）.

[2] 张爱民，林辉.四路智能温度测控仪的设计[J].电子设计工程，2009，（5）.