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鉑電阻范文第1篇

［關(guān)鍵詞］鉑電阻 恒流源 溫度控制 顯示電路

［中圖分類號］TH811 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1009-5349（2011）04-0120-02

引言

在日常的生活生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)中，物體的很多化學(xué)性質(zhì)與物理現(xiàn)象都和溫度相關(guān)，溫度是作為被測量與控制的重要參數(shù)之一，很多的生產(chǎn)過程都是在特定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，這就需要控制與測量溫度。鉑電阻溫度傳感器零攝氏度標(biāo)稱電阻值為100Ω和10Ω，電阻變化系數(shù)為0.003851，精度高、穩(wěn)定性好，是工程上應(yīng)用廣泛的溫度傳感器。該電路結(jié)合單片機(jī)和傳感器技術(shù)，采用89C2051芯片和鉑熱電阻來實(shí)現(xiàn)信號檢測、處理及顯示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，具有較高測溫分辨率和較高的測量精度。

一、恒流源電路

如圖1虛框所示，電源經(jīng)過電阻R1為TL431提供工作電流，在TL431的陰極和基準(zhǔn)端之間接鉑電阻，電位器W調(diào)節(jié)基準(zhǔn)端流向地的電流大小。流過鉑電阻的電流大小是：I=IZ-Iref=Vref/RW-Iref，其中Iref是基準(zhǔn)端的吸收電流，RW是電位器電阻值，IZ為基準(zhǔn)端流向電源地端的電流值?；鶞?zhǔn)端的吸收電流在環(huán)境溫度-48℃～+122℃變動(dòng)時(shí)值為1.4～2.4μA，鉑電阻PT正常時(shí)的工作電流大小為10Ma，因環(huán)境溫度變化其基準(zhǔn)端的吸收電流的測量誤差為1‰，非常穩(wěn)定。

圖1 恒流源和雙積分轉(zhuǎn)換電路

二、雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路

如圖1所示，雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路主要由運(yùn)放電容C3、LM358、二極管D7、電阻R4與單片機(jī)INT0、P1.7構(gòu)成。INT0采用的是邊沿觸發(fā)中斷方式，定時(shí)器T0為16位計(jì)數(shù)工作狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓為正向定時(shí)積分時(shí)，此時(shí)P1.7為高電平，D7處于截止?fàn)顟B(tài)，電壓信號經(jīng)過鉑電阻兩端的R4、R3對電容C3充電，充電的時(shí)間由T0進(jìn)行控制。當(dāng)P1.7處在低電平時(shí)，電容C3通過電阻R4、二極管D7放電，T0開始計(jì)數(shù)，一直到運(yùn)放IC2A的輸出反轉(zhuǎn)，此時(shí)INT0響應(yīng)中斷并停止計(jì)時(shí)器T0的計(jì)數(shù)。因C3上的電壓值與鉑電阻兩端電壓成正比，計(jì)時(shí)器T0的計(jì)數(shù)值就是鉑電阻兩端的電壓值。如果電阻R4用精密電阻，電容C3用聚丙烯電容，則該系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到13位。

三、信號處理和顯示電路

如圖2所示，單片機(jī)89C2051對溫度信號經(jīng)過濾波、線性補(bǔ)償與運(yùn)算后，送到移位寄存器4094之中，從P1.5、P1.4、P1.3與P1.2輸出位選信號，從而完成溫度的顯示。P1.6接修改鍵，P1.1接設(shè)置鍵，按下設(shè)置鍵后進(jìn)入溫度設(shè)置狀態(tài)，然后按下修改鍵修改閃爍位的溫度值，再次按下設(shè)置鍵就可以改變閃爍位的位置，然后就可以依次修改溫度值。斷電時(shí)該溫度值保存在串行的EEPROM 24C04之中。當(dāng)溫度高于控制值的時(shí)候，P3.0輸出的是低電平，繼電器斷電釋放，系統(tǒng)停止加熱，當(dāng)溫度低于控制值的時(shí)候，P3.0輸出的是高電平，繼電器通電吸合，系統(tǒng)開始預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)調(diào)控。

四、軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)語言采用單片機(jī)C51的語言為主，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)構(gòu)想，將該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劃分為不同的程序應(yīng)用模塊，整個(gè)系統(tǒng)軟件主要包括：初始化程序、參數(shù)設(shè)置子程序、運(yùn)算子程序、報(bào)警子程序、顯示子程序等等。圖3為單片機(jī)主程序流程圖。

五、結(jié)束語

本溫度控制器采用以單片機(jī)89C2051為測溫裝置的數(shù)據(jù)處理和控制核心，設(shè)計(jì)了一種基于鉑電阻的高精度測溫電路，該電路測量的范圍在-10℃～+100℃之間，其誤差在±0.5℃以內(nèi)。該溫度控制裝置具有閉環(huán)溫度控制的輸出功能，可以由鍵盤修改控制溫度值的大小。該溫度控制器的測量精度較高，適合溫度的精細(xì)控制。此外，可以通過軟件，使溫度測量模塊具有上下限的報(bào)警輸出功能，可以滿足大多數(shù)對溫度測控的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周潤景,張麗娜.基于PROTEUS 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:航空航天大學(xué)出版,2006.

[2]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2004．

鉑電阻范文第2篇

2、顛唇簸嘴：指搬弄口舌。

3、顛簸不破：無論怎樣摔打都破不了。比喻理論學(xué)說完全正確，不會(huì)被駁倒推翻。同“顛撲不破”。

4、簸土揚(yáng)沙：指虛張聲勢。

鉑電阻范文第3篇

【關(guān)鍵詞】ETS電源；電源配電；冗余；

中圖分類號：TM62文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

1.設(shè)備概況

為了防止汽輪機(jī)在運(yùn)行中因設(shè)備失?？赡軐?dǎo)致的汽輪機(jī)發(fā)生重大損壞事故,汽輪機(jī)都要配備緊急停機(jī)系統(tǒng)ETS ，ETS即汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)，它接受來自TSI系統(tǒng)或汽輪發(fā)電機(jī)組其它系統(tǒng)來的報(bào)警或停機(jī)信號，進(jìn)行邏輯處理，輸出指示燈報(bào)警信號或汽輪機(jī)遮斷信號。該設(shè)備收集、綜合汽輪發(fā)電機(jī)組所有跳閘停機(jī)信號,按冗余準(zhǔn)則設(shè)計(jì)成雙通道邏輯"或"輸出形式,作用于AST四個(gè)停機(jī)電磁閥,迅速關(guān)斷所有進(jìn)汽閥門,切斷汽源,緊急停機(jī),以保護(hù)人和設(shè)備的安全。ETS裝置內(nèi)部邏輯采用單元式可編程控制器實(shí)現(xiàn)，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯，并采用雙PLC結(jié)構(gòu)，提高了ETS裝置的可靠性和安全性。從現(xiàn)場來的輸入信號進(jìn)入裝置后同時(shí)到達(dá)A機(jī)和B機(jī)，經(jīng)過內(nèi)部邏輯處理后，自動(dòng)給出相應(yīng)的輸出信號，同時(shí)輸出停機(jī)信號。該裝置設(shè)有雙路電源切換回路，在一路電源出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到另一電源回路繼續(xù)工作，如果主副電源同時(shí)故障時(shí)，則輸出電源發(fā)出失電報(bào)警信號。

海勃灣發(fā)電廠#5、#6機(jī)組ETS電源為UPS和保安段兩路交流220V電源提供,在正常運(yùn)行中UPS為主電源,保安段為備用電源,只要UPS電源不消失就自動(dòng)切為主電源。但在汽機(jī)掛閘主汽門開啟狀態(tài)下進(jìn)行電源切換試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn), UPS和保安段兩路交流220V電源在切換過程中所有主汽門及調(diào)門迅速關(guān)閉.而汽機(jī)仍在掛閘位,隨后主汽門再次慢慢開啟.主汽門關(guān)閉直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳閘,所以兩路電源并沒有達(dá)到備用冗余的效果。

2.改造技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

我們通過半年多的技術(shù)調(diào)研和科技攻關(guān)，提出改造方案。海勃灣發(fā)電廠#5.#6機(jī)組ETS電源改造方案可以簡單概括如圖1所示。

改造前：

UPS電源

UPS電源

J--n

保安段電源J--n

改造后：

UPS電源

保安段電源

新華電源

保安段電源J--n

圖1

改造前海電#5.#6機(jī)組ETS兩路電源切換全部靠220VAC電源監(jiān)控繼電器“OJ”的常開與常閉接點(diǎn)機(jī)械切換來完成兩路電源的切換，因此存在固有的缺陷，在切換過程中只要存在電壓波動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致在兩路電源電源切換過程中主汽門關(guān)閉，可靠性不高。

經(jīng)過我們調(diào)研和考察發(fā)現(xiàn)，海勃灣電廠＃3－＃6機(jī)組DCS控制系統(tǒng)中所用的上海新華公司的控制系統(tǒng)的電源配電裝置配有的兩路互為冗余的電源切換裝置能滿足ETS電源配電的要求，而且在檢修中曾多次對兩路電源進(jìn)行切換，從未發(fā)現(xiàn)DPU控制系統(tǒng)有失電現(xiàn)象。該裝置能最大限度的降低電源切換時(shí)的干擾，他是以零干擾為目標(biāo)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且已經(jīng)在石油及化工領(lǐng)域廣泛采納，其主要原理是采用電子切換，以把切換時(shí)間減少到最短。經(jīng)過對各家單位的考察與國內(nèi)同類比較技術(shù)優(yōu)越、實(shí)用性強(qiáng)；而且即經(jīng)濟(jì)又方便，所以我們決定對ETS保護(hù)柜的電源進(jìn)行改造，加裝有新華公司提供的的電源切換裝置。這樣就能徹底解決海電＃5、＃6機(jī)組ETS電源切換時(shí)導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組主汽門及調(diào)門關(guān)閉而停機(jī)的隱患。

以下是更換此裝置后的供電方式及配電原理圖。ETS電源配電箱采用兩路 220VAC輸入，一路廠用電，一路UPS電源。經(jīng)過濾波之后提供一路切換后的電源，作為ETS裝置設(shè)備和其它調(diào)試設(shè)備的電源。同時(shí)，配電箱還具有報(bào)警功能，可分別輸出各路電源的掉電報(bào)警。下面圖2為電源配電部分的電原理圖，圖3為兩路220VAC 50HZ到電源開關(guān)箱（背視圖）。

圖2 電源配電箱的電原理圖

對進(jìn)線電源要求：1.交流進(jìn)線；2.方式：雙路供電，互為備用；3.交流輸入：220VAC 50Hz(180V-260V)；4. 輸入容量：1500VA

圖3兩路220VAC 50HZ到電源開關(guān)箱（背視圖）

3.結(jié)束語

我們改造ETS系統(tǒng)電源，加裝DCS控制系統(tǒng)中所用的上海新華公司的控制系統(tǒng)的電源配電裝置后，在機(jī)組大小修及停運(yùn)試驗(yàn)中未發(fā)生一次因?yàn)閮陕冯娫辞袚Q而導(dǎo)致主汽門及調(diào)門關(guān)閉的現(xiàn)象。經(jīng)過多次實(shí)踐和試驗(yàn)證明改造后滿足了ETS兩路電源真正備用冗余的效果，徹底解決此問題，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，而且此科技成果具有在同類型設(shè)備推廣的價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

【1】上海新華控制有限公司《海勃灣發(fā)電廠＃6機(jī)DCS系統(tǒng)使用手冊》

【2】北京汽輪電機(jī)有限責(zé)任《緊急停機(jī)系統(tǒng)說明書》K837.SY

鉑電阻范文第4篇

引言

長期以來，人們在測量溫度時(shí)，大部分使用常規(guī)的測量方法測量。檢測精度要求較高時(shí)，調(diào)理電路復(fù)雜、A/D的位數(shù)高，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本居高不，很難普及。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完備的低功耗、低電壓大規(guī)模集成電路，為設(shè)計(jì)便攜式高精度測溫系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。本文介紹的高精度便攜式測溫儀，使用了非常適合作低功耗便攜式測試設(shè)備美國TI公司的MSP430P325為控制器，用Pt500鉑電阻完成溫度檢測，檢測的溫度通過液晶顯示器顯示。本測試儀的測溫精度達(dá)到0.03℃。

硬件電路設(shè)計(jì)

MSP430P325單片機(jī)內(nèi)部集成了可切換的精密恒流源。精密恒流源的電流大小由外部精密電阻確定，同時(shí)內(nèi)部又集成了6個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器和液晶控制器。這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適合驅(qū)動(dòng)性傳感器。因此，可減少信號調(diào)理環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)的擴(kuò)展，大大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，效降低了系統(tǒng)功耗。

1.溫度傳感器數(shù)學(xué)模型

溫度敏感元件采用鉑電阻Pt500，在～630.75℃溫度范圍內(nèi)鉑電阻阻值與溫度關(guān)系為

b=-5.847×10-7/(℃) 2

根據(jù)上式進(jìn)行溫度計(jì)算，需要求解二階方程的解，計(jì)算程序復(fù)雜，精度也難以保證。為此本文使用表格法和線形插值法進(jìn)行溫度標(biāo)度變換。方法如下：首先，以溫度增加1℃對應(yīng)的絕對電阻值建立120個(gè)表格，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與表格內(nèi)的電阻值進(jìn)行比較，直到Rn≤RM<Rn+1時(shí)停止比較，求出溫度整數(shù)部分，根據(jù)R-Rn和Rn+1-Rn的比值求解溫度的小數(shù)部分，就可求出溫度值。這種方法計(jì)算簡單方便，也能滿足設(shè)備精度要求。

2.MSP430P325單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換原理

MSP430系列單片機(jī)具有低功耗、高抗干擾、高集成度等優(yōu)點(diǎn)。其中MSP430P325單片機(jī)具6有個(gè)通道14位A/D轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。6個(gè)通道中A0～A3可編程為恒流源工作、適合于外妝電阻性、無源傳感元件的應(yīng)用場合。SVCC端是A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓端，它可連接于片內(nèi)的AVCC，也可由外部穩(wěn)壓源提供。A/D轉(zhuǎn)換采用逐次逼近原理，由內(nèi)部一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)生個(gè)開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)配合D/A及比較器等電路來實(shí)現(xiàn)，由時(shí)鐘ADCLK控制轉(zhuǎn)換的進(jìn)程。轉(zhuǎn)換過程經(jīng)過兩卡，首先通過電阻陣列分壓值與輸入信號的比較來確定輸入信號電壓的范圍，這個(gè)電壓范圍是將參考電壓分成4等分，由低到高分別稱范圍A、B、C、D；然后由開關(guān)電容陣列逐位改變電容量，來搜索與輸入信號最接近的電壓值，由于電容量是以二進(jìn)制冪排列的，完成搜索后開關(guān)的接通狀態(tài)即為輸入信號的A/D轉(zhuǎn)換值。實(shí)際上的由電阻網(wǎng)絡(luò)確定轉(zhuǎn)換值的高2位，由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)確定了轉(zhuǎn)換值的低12位。

    當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)在ACTL中設(shè)定了信號電壓范圍，實(shí)際已確定了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高2位，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)的高2位判別就不必進(jìn)行了，因此轉(zhuǎn)換速度較快，它的轉(zhuǎn)換速度為96個(gè)ADCLK周期。而如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)在ACTL中設(shè)定為自動(dòng)搜索輸入電壓范圍，ADAT中的將出現(xiàn)全部14位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，這時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間增加到132個(gè)ADCLK周期。輸入端輸入信號是經(jīng)過電阻型傳感元件實(shí)現(xiàn)的，A/D輸入端中的A0～A3，可以編程為恒流源輸出端對傳感元件供電。要實(shí)現(xiàn)這一功能，除了要對ACTL定義外，還要在引腳SVCC和REXT之間連接一個(gè)外接電阻，以構(gòu)成恒流源，恒流由A/D輸入端輸出。這時(shí)檢測的信號是傳感元件上的電壓值。關(guān)系 為VIN=0.25×Vsvcc×RSEN/REXT。其中，Vsvcc是參考電壓，RSEN是傳感元件電阻，REXT是構(gòu)成恒流源的外接電阻，VIN即為在傳感元件上檢測到的電壓值。A/D轉(zhuǎn)換的精度較高時(shí)，數(shù)據(jù)低位受干擾的可能性也增大了。因此，MSP430P325單片機(jī)的模擬數(shù)字的供電是分開的，包括AVCC、AGND、DVCC、DGND等引腳。為保證A/D轉(zhuǎn)換精度，在電路中不應(yīng)將它們的簡單地連接在一起。分成兩組電源供電比較理想，但是在實(shí)際電路中往往難以做到。可采用在AVCC與DVCC之間加LC濾波去耦電路來隔離。在AGND與DGND間串入反向并聯(lián)的二極管可使兩點(diǎn)在電壓低于0.7V時(shí)處于斷開狀態(tài)。空閑的輸入端用作數(shù)字通道時(shí)，要防止對相鄰模擬通道的干擾。這種干擾是經(jīng)通道間的電容引入的。避免的方法是A/D轉(zhuǎn)換期間避免數(shù)字通道出現(xiàn)信號跳變。由于A/D轉(zhuǎn)換過程利用了開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)信號源的內(nèi)阻過大時(shí)會(huì)因RC常數(shù)過大而影響轉(zhuǎn)換精度。A/D輸入端的等待輸入阻抗大約相當(dāng)于2kΩ電阻與42pF電容的串聯(lián)電路。ADCLK為1MHz時(shí)，信號源內(nèi)阻低于27KΩ才能保證轉(zhuǎn)換精度。

3.外加電阻與測試精度的關(guān)系

使用鉑電阻進(jìn)行測溫時(shí)，外加電阻與恒流源電流之間的關(guān)系式為

ISET=0.25×VSVCC/RSET    (2)

式中：ISET為恒流源電流，VSVCC為電源電壓，RSET為外加電阻。

鉑電阻到地的電壓VIN為

VIN=Rt(t) ×ISET    （3）

從式（2）中可以看出，影響鉑電阻兩端電壓檢測精度的因素有兩種：一個(gè)是電源電壓的波動(dòng)，另一個(gè)是外加電阻的精度和溫度穩(wěn)定性。從儀表使用情況來看，儀表的供電電池的電壓隨時(shí)間推移逐漸減小，如果沒有相應(yīng)的補(bǔ)償方法，鉑電阻的溫度檢測精度是無法保證的，因此本文提出如下補(bǔ)償方法。

MSP430P325有4個(gè)恒流源輸出A/D轉(zhuǎn)換通道（可以切換的），在另一個(gè)通道接一個(gè)與外加電阻RSET相同阻值的電阻，每次A/D轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行電阻電壓降低補(bǔ)償。補(bǔ)償方法如下：

恒流源給鉑電阻供電時(shí)鉑電阻兩端電壓為

VIN=0.25×VSVCC×Rt(t)/RSET    （4）

V=0.25×VSVCC×R/RSET    (5)

A/D轉(zhuǎn)換以后鉑電阻兩端電壓的數(shù)字量為Nx，固定電阻的兩端電壓的數(shù)字量N，因?yàn)锳/D的轉(zhuǎn)換精度和位數(shù)是一致的，因此得出如下結(jié)果：

Nx/N=Rt(t)/R    (6)

從式（6）可以看出，鉑電阻兩端電壓的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與電源電壓沒有關(guān)系，這種方法也可以補(bǔ)償芯片的基準(zhǔn)電壓離散性。要保證檢測精度，外加的固定電阻R的精度是關(guān)鍵因素。如果溫度檢測范圍為0～100℃，外加的固定電阻R的精度大小應(yīng)如何選擇？下面進(jìn)行定量分析。

Nx/(N±ΔN)=Rt(t)/(R±ΔR)    (7)

式（6）和式（7）相除得出如下結(jié)果：

（N±ΔN）/N=(R±ΔR)/R    (8)

如果外加電阻RSET和R的阻值均為500Ω時(shí)，要求電阻精度影響數(shù)字量的大小為1LSB（溫度檢測精度0.03℃），那么電阻R的精度為0.02%。

鉑電阻范文第5篇

關(guān)鍵詞：PT100；溫度采集；高精度；自動(dòng)校正

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2013）003006802

0 引言

PT100溫度傳感器由于精度高、價(jià)格適中，在溫度測量中被大量使用，目前雖然有新的精度更高的溫度傳感器不斷問世，但是由于種種原因PT100還是無法被取代。PT100為模擬信號溫度傳感器，如要做到較高精度的溫度采集，只是PT100的精度高是不行的，它對采集器的依賴較高，只有配合高精度的采集器才能充分發(fā)揮其性能。實(shí)現(xiàn)高精度的采集器有很多種方法，本文將介紹其中的一種。

1 PT100特性

鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在周圍溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變，且其電阻值和溫度值成特定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，鉑電阻溫度傳感器被廣泛用于中低溫（-200℃～650℃）范圍的溫度測量中。

PT100是鉑電阻溫度傳感器的一種，PT后的100即表示它在0℃時(shí)阻值為100Ω，在100℃時(shí)它的阻值約為138.51Ω。它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速地增長，但它們之間的關(guān)系并不是簡單的正比關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。國際上有標(biāo)準(zhǔn)的《Pt100熱電阻分度表》，表中列出了PT100在每攝氏度的電阻值。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

由于PT100的電阻值隨溫度的變化而變化，即在不同的溫度下PT100都有所對應(yīng)的電阻值。因此PT100測量溫度的原理為：測量PT100的電阻值，根據(jù)PT100的電阻值計(jì)算出PT100所在環(huán)境的溫度。

測量電阻的一般方法為：將電阻接入電源，測量電阻的電流和兩端電壓，根據(jù)R=U/I計(jì)算出電阻值。電流一般采用恒流源，這樣只用測量其電阻兩端的電壓即可計(jì)算出阻值。

2.1 需要考慮的問題

2.1.1 鉑電阻溫度傳感器的接線方式

Pt溫度傳感器的接線方式有兩線制、三線制和四線制。由于熱電阻隨溫度變化而引起電阻的變化值較小，如鉑電阻Pt100在-50℃～80℃時(shí)電阻變化幅度為80.31Ω～130.9Ω。因此，在傳感器與測量儀器之間的引線過長會(huì)引起較大的測量誤差，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常是熱電阻與儀器或放大器采用兩線或四線制的接線方式。兩線制的引線電阻將對測量結(jié)果產(chǎn)生影響不適合高精度測量。采用四線制可消除連線過長而引起的誤差。

（1）二線制測量。兩根線既傳輸電源又傳輸信號，傳感器輸出的負(fù)載和電源串聯(lián)在一起，電源是從外部引入的，和負(fù)載串聯(lián)在一起來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。如圖1所示，R2和R3是固定電阻器，且R2=R3。R1為保持電橋平衡而選用的可變電阻器。二線制接法由于沒有考慮引線電阻和接觸電阻，故可能產(chǎn)生較大的誤差。若用這種電路作溫度精密測量，整個(gè)電路在使用溫度范圍內(nèi)必須校準(zhǔn)。

（2）四線制測量。四線制中電源線兩根，信號線兩根。電源和信號是分開工作的。四線制測量可以消除在傳感器導(dǎo)線中由于激勵(lì)電流引起的電壓降（也就是由于線阻導(dǎo)致的壓降），這個(gè)壓降在測溫當(dāng)中會(huì)干擾測量結(jié)果，加入線阻產(chǎn)生的溫度，因此該方法測量精度較高。如圖2所示，R1、R2、R3和R4為引線電阻和接觸電阻，且阻值相同，R1、R2是電壓檢測電路一側(cè)的電阻，R3、R4是恒流源一側(cè)電阻。這種電路在測量電壓時(shí)，漏電流很小，其中高阻抗電壓計(jì)是不可缺少的部分。測量誤差主要由R1和R2的電壓降引起，該誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉑電阻測溫計(jì)電壓降引起的誤差，可忽略不計(jì)。因?yàn)镽3和R4是和恒流源串聯(lián)連接，故也可忽略。由于四線制Pt電阻可以消除導(dǎo)線對測量結(jié)果的影響，因此在制作高精度的測量儀器時(shí)盡量選用四線制Pt電阻。

關(guān)于電流源Pt100在0℃的阻值應(yīng)為100Ω，在100℃時(shí)的阻值約為138.51Ω。恒流源的電流值要適當(dāng)，有以下兩個(gè)原因：①如果恒流源的電流值過大，電流在流過Pt電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)影響測試精度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)電流值不能大于lmA；②如果恒流源的電流值過小，在測試時(shí)輸出的信號就會(huì)很小，為使測量的信號滿足AD的要求就必須加大放大電路的放大倍數(shù)，這樣就加大了系統(tǒng)的誤差。因此，恒流源的大小、放大器的放大倍數(shù)與AD輸入電壓的要求要找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使電路對測量信號產(chǎn)生的失真降為最小。

2.1.2 關(guān)于信號調(diào)理電路與AD的影響

在信號調(diào)理電路中，恒流源電路和放大器電路的穩(wěn)定性與一致性；以及AD電路的穩(wěn)定性與一致性都直接影響到最終的測量結(jié)果。如果元器件的一致性不同，在相同的溫度下，每個(gè)設(shè)備的AD輸出值將都不相同；而且電子元器件都存在溫漂，即在不同的溫度條件下工作的參數(shù)都會(huì)有所變化。這些問題雖然可以通過軟件進(jìn)行校正，但是需要每臺(tái)設(shè)備在出廠前進(jìn)行測試后修改校正參數(shù)，比較麻煩，不適合批量生產(chǎn)。

使用硬件校正比較適合批量生產(chǎn)。使用硬件校正可以采用精密電阻法，將精密電阻與PT100串聯(lián)接入恒流源，先測量精密電阻的電壓然后測量PT100的電壓。因?yàn)镻T100與精密電阻串聯(lián)在電路中，通過它們的電流相等，所以在它們身上產(chǎn)生的電壓與電阻成正比。只要知道各自的電壓及精密電阻的電阻值，就可以算出PT100的電阻值。算式為：PT100的阻值/精密電阻阻值=PT100測量的AD值/精密電阻測量的AD值，兩者的AD值通過測量得知，精密電阻值已知，PT100的阻值就可以計(jì)算出來。這樣一來計(jì)算過程與恒流源的大小、放大電路的放大倍數(shù)及AD的參數(shù)都無關(guān)，只與精密電阻的精度和AD的采樣精度有關(guān)。

2.1.3 采集器硬件原理設(shè)計(jì)

恒流源采用1mA，部分AD轉(zhuǎn)換器中集成恒流源電路，可以直接采用，如AD7793。傳感器采用四線制PT100，以消除導(dǎo)線電阻所產(chǎn)生的影響。精密電阻采用精度為0.01%的100Ω低溫漂精密電阻，溫漂小于5ppm/℃。放大器采用單路一級放大即可，如OP1177。AD轉(zhuǎn)換器根據(jù)需要采用16～24位。系統(tǒng)對CPU要求不高，可以根據(jù)具體情況選擇。

3 溫度采集過程及計(jì)算方法

PT100的電阻值=（V1/V0）*100

溫度值的計(jì)算：得出PT100的電阻值后，通過查表法（參照《Pt100熱電阻分度表》）獲得當(dāng)前電阻值所在的溫度區(qū)間，然后再把該溫度區(qū)間對應(yīng)的電阻值進(jìn)行線性化，計(jì)算出相對應(yīng)的溫度。

為提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，可以將同一時(shí)間周期內(nèi)的溫度值求平均數(shù)或者滑動(dòng)求平均數(shù)，得出最終的溫度值。

4 結(jié)語

該溫度采集器用于大氣溫度的測量，設(shè)計(jì)的溫度測量范圍為-50℃～60℃，采集器精度可以達(dá)到0.1℃。采集器具有精度高、電路簡單、自動(dòng)校正的特點(diǎn)，適合批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：