电子测量中的基于电子测量中的基于ADS1247 的小型计量检定铂电阻温度计设的小型计量检定铂电阻温度计设
计计
摘要：针对当前在-30-300℃范围内铂电阻计量检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
TI 公司ADS1247 的小型计量检定用铂电阻温度计的设计方法。 该设计将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ADS1247 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
0.004℃。 0 引言 计量检定仪器主要用来检定和标定日常科学研究和工业生产中所使用仪器的传感器
是否符合使用标准。从本质上来讲，计量检定仪器是精度和分
摘要：针对当前在摘要：针对当前在-30-300℃范围内铂电阻计量检定温度计存在结构复杂、精度较低的问题，本文提出一种基于范围内铂电阻计量检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TI 公司公司
ADS1247 的小型计量检定用铂电阻温度计的设计方法。的小型计量检定用铂电阻温度计的设计方法。
该设计将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ADS1247 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0.004℃。
0 引言
计量检定仪器主要用来检定和标定日常科学研究和工业生产中所使用仪器的传感器是否符合使用标准。从本质上来讲，计
量检定仪器是精度和分辨率都要高于日常所使用仪器的标准仪器。目前，承担大量工业企业和部分科研院所计量检定工作的省
级的计量检定部门使用的铂电阻检定和校准装置的准确度约为0.1 度，分辨率为0.01 度。随着部分企业的产品研发或科学研究
过程中对温度测量的要求越来越高，目前的检定装置的测量精度已经不能满足要求，而且，检定设备结构庞大、复杂，难以作
为可传递的计量检定装置来为用户提供上门的高精度测温或检定服务。为了满足科学研究和工业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化、易传递的需求，本文提出一种基于TI 公司ADS1247 芯片的铂电阻温度计的设计方法。
1 测量原理
将铂电阻随温度变化而变化的电阻值转换为电压信号的方式通常有两种：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系统误差。而恒流源法具有结构简单、线性度好的特点，但是，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温度测量。
ADS1247 是TI 公司推出的一种高性能、高精度24 位模拟数字转换器。ADS1247 单片集成一个低噪声可编程增益放大
器、一个精密（ΔΣ）ADC 与一个单周期低通数字滤波器和一个内部时钟。内置10mA 低漂移电源参考和两个可编程电流型数
字模拟转换器（DAC）。通过程序设置，在输出电压裕度内，DACS 可为外部提供多种强度的恒定电流，电流强度可被设置
为50uA 、100uA 、250 uA、500uA 、750uA 、1000uA 、1500uA .其输出电流的绝对误差与输出电流强度有关，强度越小，
误差越小。电流随温度波动约为100ppm/℃。
ADS1247 还具有一个可编程放大器（PGA），放大倍数可为1,2,4,8,16,32,64,128.采用ADS1247 进行测温的原理如图1
所示：
在图1 中，使用匹配电阻的目的是使恒流源工作在最佳的线性区。对ADS124 的配置和测试数据的读取由单片机通过SPI
总线进行。
2 实施方法及实验
当ADS1247 的采用内部参考电压，数据采样率为5SPS,PGA 放大倍数为128 倍时，其内部的噪声电压峰峰值可低于
0.05uA .Pt100 在-30-300 ℃ 范围内的阻值变化范围是88.22-212.05 欧姆。所以，为了达到最低噪声的条件，应配置
ADS1247,使其输出的恒定电流为100uA .为了使恒流源输出的恒流具有较高的稳定性和线性度，其引脚的输出电压范围应在
3.5-4V 的范围内，所以，要为pt100 串联一个阻值为37.4K 欧姆的电阻。ADS1247 采用内部参考电压，模拟供电电压
（AVDD）和数字供电电压（DVDD）均为5V,两者之间以0 欧姆电阻分隔。所有与模拟地（AGND）连接的引脚均采用单端接
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