PT100溫度傳感器測量電路

1、!-P T100溫度傳感器測量電路溫度傳感器PT100是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器 可以工作在-200r至650r的范圍.本電路選擇其工作在 -i9r 500r范圍。整個電路分為兩部分，一是傳感器前置放大電路，一是單片機A/D 換和顯示，控制,軟件非線性校正等部分。前置放大部分原理圖如下：工作原理：傳感器的接入非常簡單，從系統(tǒng)的5V供電端僅僅通過一支 3K92的電阻 就連接到PT100 了.這種接法通常會引起嚴重的非線性問題，但是.由于有 了單片機的軟件校正作為后盾，因此就簡化了傳感器的接入方式.按照PT100的參數，其在or到500C的區(qū)間內，電阻值為100至280.9 Q,

2、我們按照其串聯分壓的揭發(fā)，使用公式：Vcc/( PT100+3K92)* P T100 =輸出電壓(mV，可以計算出其在整百r時的輸出電壓，見下面的表格：0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42單片機的10位A/D在滿度量程下，最大顯示為1023字，為了得到 PT100傳感器輸出電壓在顯示5

3、00字時的單片機A/D轉換輸入電壓，必 須對傳感器的原始輸出電壓進行放大，計算公式為：(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓(mV/C ) , (Vcc=系統(tǒng)供電=5V),可以得到放大倍數為 10.466。關于放大倍數的說明：有熱心的用戶朋友詢問，按照(500/1023 *Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到10.466的結果，而是得到11.635的結果。 實際上，500個字的理想值是無法靠電路本身自然得到的，自然得到的數 字僅僅為450個字，因此，公式中的500C在實際計算時的取值是450 而不是 500。450/1023*5/(0.33442- 0.12438)10.47。其實，計算

4、的方 法有多種，關鍵是要按照傳感器的mV/C為依據而不是以被測溫度值為依據，我們看看加上非線性校正系數：10.47*1.1117=11.639499 ，這樣，熱 心朋友的計算結果就吻合了。運算放大器分為兩級，后級固定放大5倍(原理圖中12K/3K+1=5),前級放大為：10.465922/5=2.0931844倍，為了防止調整時的元器件及其他 偏差，使用了一只精密微調電位器對放大倍數進行細調，可以保證比較準 確地調整到所需要的放大倍數(原理圖中10K/(8K2+Rw)+1)。通常，在溫度測量電路里，都會有一個“調零”和另一個“調滿度” 電位器，以方便調整傳感器在“零度”及“滿度”時的正確顯示問

5、題。本 電路沒有采用兩只電位器是因為只要“零度”調整準確了，就可以保證整 個工作范圍的正確顯示，當然也包括滿度時的最大顯示問題了。那么，電路中對“零度”是如何處理的呢？它是由單片機程序中把這 個“零度”數字直接減掉就是了，在整個工作范圍內，程序都會自動減掉 “零度”值之后再作為有效數值來使用。當供電電壓發(fā)生偏差后，是否會引起傳感器輸入的變化進而影響準確 度呢？供電變化后，必然引起流過傳感器的電流發(fā)生變化，也就會使傳感 器輸出電壓發(fā)生變化。可是，以此同時，單片機的供電也是在同步地接受 到這種供電變化的，當單片機的 A/D基準使用供電電壓時，就意味著測量 基準也在同步同方向發(fā)生變化，因此，只要參數

6、選擇得當，系統(tǒng)供電的變 化在20%之內時，就不會影響測量的準確度。（通常單片機系統(tǒng)并不允許 供電有過大的變化，這不僅僅是在溫度測量電路中的要求。）后級單片機電路的原理圖如下：j 2K T保?!巴岳iMFiA文人樂IM.IK -I OKV=c AH UP 州 SC A3 SOA Vsir：I HF I1+ Ifrpiw1711Iff IT ISr1A-T|POOP01 PSOTAM iODRESPBSAM5 PB 眇He mitMT2iksxTh - iPC*PC3 P94AN4 PAOPA3ffFDPft2 PM PATJ3CL P40J3DA PAJflNTPA4rrMR31 JJ=護逝JS

7、OfiClOSC1vssPBWtSPRZ4M7PCI PCIPM4*R23 DLDTMn LtD；rT-VI11 1.1? I從傳感器前置放大電路輸出的信號，就送入到HT46R23的A/D轉換輸入端口（PB0/AN0，由單片機去進行各種必需的處理。首先是進行軟件非線性校正，把輸入 信號按照不同的溫度值劃分為不同段，再根據其所在的段分別乘以不同的補償系數，令 其與理論值盡量接近，經過非線性校正的數字，才被送去進行顯示，比較用戶設定的控 制值等等。各段的非線性補償系數見下列表格（僅僅列出主要段的數據，非全部表格內容）：傳感電壓mV/C內部AD讀數1校正系數124.3781供電電阻=3K92 1%供

8、電電壓=5.000V 1%124.84500.46701.001.0000147.79420.468350.140.9972170.64140.462699.0611.0095192.93260.4570146.801 1.0218214.68020.4515193.3611.0343235.89610.4461238.7911.0469256.59180.4407283.1111.0597276.78980.4355326.3611.0724296.47790.4302368.521.0854315.68910.4251409.651.0985334.42200.4201449.761.11

9、173個超本電路還有一個特點，就是用戶可以在工作范圍內，任意設定 限控制值。當測量顯示值大于設定值的時候，對應的控制端口就會輸出高 電平。利用這個高電平信號，再外接一級三極管驅動繼電器的電路，就可 以實現自動控制。在某一個控制端口輸出高電平的同時，與之串聯的LED發(fā)光管會同時點亮，以便提示使用者是哪一個設定值在輸出控制信號。電路中的24C02是電存儲器，可以把使用者設定的控制值可靠地保存 起來，即使掉電也不會丟失數據。電路圖中還有3只按鍵，它們分別是“設定”、“加置數”和“減置 數”操作按鍵，用于使用者進行超限值的設置。使用方法如下：按動一下設定鍵，屏幕顯示“1，表示現在進入第一個超限值的設置

10、，三秒后屏幕自動跳轉到顯示“ * ”并閃爍（*代表原來電存儲器里 儲存的超限數值 ） ，然后，按壓加數鍵 （或減數鍵 ） ，屏幕上的最低位的數字 就會加一 （ 或減一） ，如果按住按鍵三秒以上不放開，屏幕上的前兩位數字 就會快速進行加數 （或減數 ） 。把屏幕上的數字調整到所需要的數字后，這 個超限值就設置完成了。接著，再按動一下設定鍵屏幕顯示“2 - ”，表示現在進入第二個超限 值的設置，三秒后屏幕自動跳轉到顯示“ * ”并閃爍 , 接下來的操作與第一個超限值的操作完全一樣。第三個超限值的設置與上面兩個完全一樣。當設置好 3 個超限值之后，還必須最后按動一下設定鍵，退出設定狀 態(tài)而返回正常工

11、作狀態(tài)。如果忘記了這最后一次按動退出的操作，程序就 會等待 10 秒之后，自動返回正常工作狀態(tài)。簡易調試方法 :可以使用100Q的電阻來模擬 PT100在0C的阻值，接入傳感器輸入 端，看看顯示是否 =000, 如果不對 , 可以調整微調電位器來達到 ; 然后用一 只281Q的電阻來模擬PT100在500C時傳感器的電阻值，顯示應該在 500字1字；最后，使用一只194Q的電阻來代替250C傳感器電阻輸 入,應該顯示 2501 字.如果經過上面調試沒有問題 ,就可以接入真正的 PT100 傳感器投入使用了 .（真正的傳感器也有誤差，可以微調一下前置放 大的電位器來校正它。）在實際工作中，要求電

12、路的供電電壓為5V 5%.如果測量顯示值大于某一個超限值，對應的控制端口就會立即輸出高電平。如果傳感器發(fā)生開路故障 , 顯示就會出現 HHH, 如果傳感器及其引線 發(fā)生了短路 , 顯示就會立即出現 LLL. 為了防止傳感器出現開路或者短路 之后可能會引起的不良后果，這時候， 3 個控制輸出端口都會優(yōu)先關閉。PT100溫度傳感器的接線方式Pt100,就是說它的阻值在0度時為100歐姆，PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)作 成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數，其電阻和溫度變化的關系式如下：R=Ro(1+a T)Pt100溫度傳感器的主要技術參數如下：測量范圍：-200C+850C;B 級(

13、0.30 +允許偏差值C： A 級( 0.15 + 0.002 I t I),0.005 I t I);熱響應時間30s;最小置入深度：熱電阻的最小置入深度 200mm允通電流W 5mA另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓 等優(yōu)點。P T10 0溫度傳感器三根芯線的接法PT100鉑電阻傳感器有三條引線，可用A、B C (或黑、紅、 黃)來代表三根線，三根線之間有如下規(guī)律：A與B或C之間的阻值常溫下在110歐左右,B與C之間為0歐,B與C 在內部是直通的，原則上B與C沒什么區(qū)別.儀表上接傳感器的固定端子有三個：A線接在儀表上接傳感器的一個固定的端子.B和C接在儀表上

14、的另外 兩個固定端子，B和C線的位置可以互換，但都得接上，。如果中間接有加 長線,三條導線的規(guī)格和長度要相同。熱電阻的3線和4線接法：是采用2線、3線、4線，主要由使(選) 用的二次儀表來決定。一般顯示儀表提供三線接法，P T100 一端出一顆線，另一端出兩顆線， 都接儀表，儀表內部通過橋抵消導線電阻。一般PLC為四線，每端出兩顆線，兩顆接PLC輸出恒流源，PLC通過另 兩顆測量 PT100 上的電壓，也是為了抵消導線電阻，四線精確度最高，三 線也可以，兩線最低，具體用法要考慮精度要求和成本PT100溫度傳感器產品特征1、不銹鋼套管封裝，經久耐用2、活動螺絲固定，使用方便3、按照國際 IEC7

15、51 國際標準制造，即插即用4、多種探頭尺寸可選、適應面廣5、高精度、高穩(wěn)定、高靈敏6、外形小巧，特性指標經濟實用測溫范 圍:-200- 4000探頭長度 :5cm/10cm/15cm/20cm探頭直 徑:5mm電阻變化 :0.3851 Q / 0安裝方 式:活動螺絲固定螺絲規(guī)格 :M8*1.0引線長一般 2 米，可訂制長引線接法 :三線式度:度（專用引線）接線方 式:接線叉套管材質 :不銹鋼傳感器 件:PT （鉑）電阻變化率為0.3851 Q/C。P T10 0溫度傳感器采用三線式接法的原因： PT100溫度傳感器0C時電阻值為100Q, 由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計

16、，采用三線式 接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下：PT100引出的三根導線截面積和長度均相同（即r1=r2=r3），測量鉑電阻的 電路一般是不平衡電橋，鉑電阻 （Rpt100） 作為電橋的一個橋臂電阻，將導 線一根（r1）接到電橋的電源端，其余兩根（r2、r3）分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結果沒有任何影響尺寸圖：接線圖：選型圖：此溫度傳感器為通用型產品，即插即用，用戶在選型時只需要講明探頭的長度。PT100原理及分度表電阻式溫度傳感器(RTD,Resistanee Temperature Detector)一種物質材料作成的 電阻，它會隨溫度的上升而改變電