對於具有標準化分度號的感測器，目前，市場上一般有與之對應的標準化訊號調理電路。由於這些標準化訊號調理電路是標準設計、批量生產的，因此，其可靠性高，價格一般也較為合理。但具有標準化分度號的感測器在整個感測器家族中卻僅佔少數。當人們在研製某些測量系統的過程中不得不選用非標準化感測器時，一般需要設計、製作相應的訊號調理電路。由於任何電子產品的成熟都需要一個可靠性增長過程，如果所研製的測量系統生產批量不是太大，則訊號調理電路的可靠性、穩定性難以保證，勢必影響整個測量系統的可靠性、穩定性。由於目前測量系統一般都具備資料處理功能，如果能夠對某些非標準化感測器，選用與其特性儘量接近的標準化訊號調理電路對其進行訊號調理，而將其差異通過資料處理軟體進行相應補償，則可在保證測量精度的前提下有效簡化測量系統的硬體，縮短開發週期，提高系統的可靠性、穩定性。在研製低成本聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction，PCR)晶片測量與控制系統的過程中成功實現了上述設想。
步驟/方法
利用印刷電路板工藝製作的非標準化溫度感測器
PCR是一種體外模擬自然DNA複製過程的核酸擴增技術。隨著微機電系統技術的興起，一類微反應器一整合微反應槽PCR晶片使進行PCR的裝置平臺面臨革命性的變革。但是，PCR晶片在進軍市場的過程中卻遇到了較大的困難，主要原因之一是晶片成本居高不下。為此，本文作者設計了一種結構簡化、低成本的PCR晶片，同時，提出了一種新型測控方案，該方案能夠對120只晶片進行溫度控制。為實現該方案，需要在晶片陣列上方覆蓋一張柔性印刷電路板(printed circuit board，PCB)，柔性PCB板與120只PCR晶片靠彈性力均勻接觸。利用PCB板銅箔具有一定阻值，且該阻值與溫度有確切對應關係的原理在柔性PCB板上製作120個微加熱及感測單元，微加熱及感測單元與PCR晶片長、寬幾何尺寸相同。整個系統由一臺工業控制計算機通過相應介面板卡控制。每個微加熱及感測單元如圖1所示。
圖1所示感測元件的測溫原理與標準化銅電阻類似。標準化銅電阻由純度為99.99%的銅絲製成，電阻溫度係數一般為(4.26～4.35)×10-3/℃，並近似線性，使用範圍為-50～150℃。我國現行的銅電阻溫度感測器分度號為Cu50，Cu100，100℃時的阻值與0℃時的阻值的比值為1.428±0.002。標準化銅電阻溫度感測器在0～100℃的範圍內，其溫度與阻值的關係可用下式表示
Rt=R0(1 αt)， (1)
式中R0，Rt分別為0℃和t℃時的阻值;α為標準化銅電阻溫度感測器的電阻溫度係數，α=4.33×10-3/℃。
但在上述柔性PCB板上不可能製作標準化的銅電阻溫度感測器，其原因一是在28mm×28mm面積的PCB板上製作0℃時阻值為50 Ω或100 Ω的電阻幾乎不可能。目前，國內製作PCB板的裝置所能加工的最細線寬為50μm，最薄的銅箔為5μm，但採用過薄的銅箔易造成加熱器、感測器斷絲，為保證可靠性，特將銅箔厚度取為35μm，線寬取為55μm，在與晶片對等而積的PCB板上只能安排25 Ω左右的銅電阻。事實上，所製作的感測元件在0℃時的阻值約為16.7 Ω，加熱元件阻值約為8.3 Ω;二是製作PCB板所用敷銅板上銅箔的純度達不到標準化銅電阻所規定的純度。因此，不能直接使用針對標準化銅電阻而生產的訊號調理電路。如何將PCB板上電阻總值為十幾個歐姆、每攝氏度變化所對應的電阻變化在百分之幾歐姆的電訊號輸入到計算機內，並按符合要求的精度轉換為溫度值，成為必須解決的一個難點問題。
非標準化銅電阻溫度感測器的訊號調理
在研究過程中曾經按常規思路專門設計了非標準化銅電阻溫度感測器的訊號調理電路。將每10個晶片所對應的10只銅電阻感測器串聯，公用一個整合恆流源激勵，將每個電阻的高電位端對直流訊號地的電壓經5倍放大後引致商品化的A/D轉換介面板。計算機在完成A/D轉換後，首先，對相串聯的2個相鄰電阻所對應的數字量進行計算，使運算結果為某個銅電阻兩端電壓所對應的數字量。經預先的靜態標定，獲得這類數字量與溫度的對應關係，然後，將這種關係編製成相應軟體，從而完成溫度檢測。這種方案理論上是科學的，在實驗室裡也做通了實驗，檢測精度也符合要求。但實驗電路可靠性差、穩定性差。究其原因是自制電路的模擬部分過於複雜，計有12個恆流源、120個放大器，且要求這120個放大器具有一致的放大倍數，這在實驗室的手工製作工藝條件下是難以保證的。為克服上述工藝和裝置困難，經反覆研究，獲得了下述方案。
柔性印刷電路板絕大多數採用壓延銅箔，其銅純度為99.9%，高於普通印刷電路板所用的電解銅箔(純度為99.8%)，但仍低於標準化銅電阻所要求的純度，因此，採用柔性印刷電路板製作的銅電阻溫度感測器為非標準化感測器。儘管如此，對於固定型號的柔性印刷電路板來說，銅箔純度是相對穩定的，在其上製作的電阻式溫度感測器的瓦換性、重複性、穩定性都能夠得到保證，其電阻溫度特性與標準化銅電阻的差異主要由銅材料純度的差異決定，體現為具有特定規律的系統誤差，這種系統誤差規律可通過標定與校準實驗提取。換言之，雖然在柔性印刷電路板上製作的銅電阻不是標準化的銅電阻溫度感測器，但由於它們之間的誤差屬於系統誤差，因此，仍然可以藉助針對標準化銅電阻所生產的訊號調理電路和計算機介面電路，只不過需要通過軟體補償它們之間的差異。為此，採用如下方案：將每個PCB板上的銅電阻溫度感測器外申一隻固定電阻器，該固定電阻器的阻值與溫度無關，其串聯後的阻值在0℃時為50Ω，接入標準化的銅電阻介面板，該板選用智慧熱電阻訊號輸入板IPC5457，它能夠直接插入PC匯流排工業控制計算機的擴充套件槽內。每塊IPC5457能夠完成16路標準化銅電阻訊號的資料採集與處理，將電阻訊號轉換為溫度值。由於感測器是非標準化的銅電阻，因此，在工業控制計算機內編制相應補償軟體，以補償因感測器的非標準化所帶來的系統誤差。
非標準化銅電阻溫度感測器與標準化銅電阻溫度感測器的差異體現在2個方面，其一是0℃所對應的電阻R0值不同，亦即零點不同;其二是電阻溫度係數α不同，亦即靈敏度不同。設製作在PCB板上的非標準化的銅電阻特性為
式中Rt1，R01分別為製作在PCB板上的非標準化的銅電阻感測器在0℃和t℃時的阻值;α1為其電阻溫度係數。將其與一個高精度固定電阻器串聯，固定電阻器的阻值按串聯後0℃時總電阻為50Ω的原則取值，不妨設所串聯電阻阻值為R，此串聯支路直接聯IPC5457。於是，當所測溫度為t時，此支路的阻值R″t為
設按標準化分度號設計的IPC5457將R″t轉換為溫度t″
式(7)即為PCB板非標準化感測器配標準化訊號調理電路的校正演算法。只要預知非標準化感測器的零點R01和靈敏度α1，將上述演算法編制程式作為系統應用軟體的子程式，計算機即可根據IPC5457的測得值計算出被測溫度，達到了採用成熟的、商品化的標準化熱電阻輸入板採集非標準化熱電阻輸出訊號的目的，簡化了系統硬體，相應提高了系統的可靠性和穩定性。
注意事項
為了獲取非標準化感測器的零點R01和靈敏度α1，需進行標定實驗。標定實驗在恆溫水槽中進行，水槽溫度用標準水銀溫度計測量，感測器阻值用電橋測量，其標定結果為R01=16.67 Ω，α1=4.27 x10-3/℃。