PT100三線制測量電路

1、PT100三線制測量電路引言PT100 是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件,在-50C600c 范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。由于柏?zé)犭娮璧碾娮柚蹬c溫度成非線性關(guān)系，所以本模塊需要進行非線性校正，一般的模塊采用模擬電路校正，這種校正的精度不高，而且溫漂等受干擾的程度也比較大。本模塊采用了軟件查表插值的方法進行校正，最后轉(zhuǎn)換成 III 型信號。 III 型信號是當(dāng)被測信號從下量程到上量程（0%100%變化時，輸出線上對應(yīng) 420mA 電流的變化。此外模塊還具有 MODBUS 議的通訊端口，可以直接和任何 MODBUS 連接。系統(tǒng)設(shè)計整個模塊基于 AVR

2、新型的 Atmega16 單片機，采用三線制形式，這樣可以去除導(dǎo)線電阻帶來的零點不準(zhǔn)確，經(jīng)過差分放大電路直接得到 05V 的信號電壓，這樣就可以直接輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)處理部分，將 PT100 分度表中的每隔 10c 的電阻值寫入到閃存中，這樣，將得到電壓值回算到電阻值，這樣進行查表，當(dāng)電阻位于某一段之間時，再進行線性處理，這樣系統(tǒng)的線性化程度比較高可以達到 0.2%。D/A 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)采用 373 芯片作為鎖存器， 采用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)進行 D/A 轉(zhuǎn)換， 這樣可以節(jié)省成本，而且精度也可以得到保證。最后再經(jīng)過一個電壓電流轉(zhuǎn)換部分，把信號以 III 型信號傳送出去，完成模塊的功能。圖 1 采樣

3、電路采樣電路采樣電路如圖 1 所示,PT100 以三線制接到 J0,這樣連接 PT100的兩側(cè)的導(dǎo)線長度相等， 而且分別加在兩側(cè)的橋臂上， 這樣導(dǎo)線電阻得以消除， 當(dāng) PT100輸出 100。時可以調(diào)節(jié) R1 的阻值，以調(diào)整溫度下限，當(dāng)溫度范圍是 0300C 時，電橋電壓經(jīng)過放大后,Anolog0 的電壓正好是 05V,這樣可以完整使用單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。圖 2 主機電路主機電路如圖 2。 CP 而用 Atmega16,它自帶 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換速度快,精度高,而且不需要外擴任何器件。74LS138 用來譯碼,分別選通各路的鎖存器。 采用 8MHz 勺晶振，

4、速度完全可以滿足系統(tǒng)的要求。A/D 轉(zhuǎn)換的參考電壓直接是 VCC 這可節(jié)省硬件，簡化電路，在對精度要求較高的情況下可以選擇精密穩(wěn)壓器件，如 TL431。圖 3D/A 電路D/A 轉(zhuǎn)換電路為了節(jié)省成本，本系統(tǒng)沒有采用專用 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，而是運用 D/A 轉(zhuǎn)換的原理，利用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)進行 D/A 轉(zhuǎn)換器，這樣精度可以保證，而且速度比較快，CPU 控制也是比較簡單的。電路如圖 3 所示。741S373 鎖存器，鎖存 CP 的次更新的數(shù)據(jù)，OE 引腳接 138 芯片的片選信號,LE 下降沿時數(shù)據(jù)鎖存。券一三Hii!ffkbii!ffkb0 0口門1 1FikJuLDAlJLFikJuLDAlJLl

5、l,金注#.HMBFAJmHMBFAJm。T3 3二二”：S褐鳥巖饅圖 4V/I 轉(zhuǎn)換電路V/I 轉(zhuǎn)換電路V/I 轉(zhuǎn)換電路如圖 4 所示， 它將 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的電壓信號， 轉(zhuǎn)換成 4-20mAIII 型信號輸出。I=V/R3o圖 5485 通訊電路主機電路RS-485 通訊電路通訊芯片選用 MAX485E 片，將收允許和發(fā)允許接在一起（見圖 5）,用一個口線進行控制，正常情況下，收允許，在需要發(fā)送的時候，設(shè)為發(fā)允許。圖 6 軟件流程軟件設(shè)計軟件設(shè)計是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是與眾不同的地方。一般的鋁電阻轉(zhuǎn) III 型信號的模塊都是采用模擬電路，沒有軟件部分。本系統(tǒng)采用數(shù)字化線性校正將大大提高模塊

6、的精度。軟件流程見圖 6。軟件分主程序,中斷服務(wù)子程序,所有程序均由 C 語言編寫。程序在 ICCAVR6.30 調(diào)試。結(jié)語基于單片機的 PT10O-III 型信號轉(zhuǎn)換模塊具有精度高、可數(shù)字通訊、可升級等優(yōu)點。本模塊已經(jīng)用于多個火力發(fā)電廠煙氣溫度檢測，其中采用 III 型信號和數(shù)字通訊的都有，均取得了良好的效果。產(chǎn)品特性：通常使用的粕電阻溫度傳感器有PT100,電阻溫度系數(shù)為3.9M03/C,0c時電阻值中新開始美中斷鏈通道號和小結(jié)鬼計宜堂表初始化諛宜通通為。啟動A/D特換等待王程序在相應(yīng)的通道,進行D/A加D中斷眼務(wù)程序為100Q,電阻變化率為0.3851QTo粕電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性

7、好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)(-200C650C)最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計。按IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)TCR=0.003851,Pt100(R0=10g)、Pt1000(R0=1000Q)為統(tǒng)一設(shè)計型粕電阻。傳感器的結(jié)構(gòu)：兩線制：傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高，用于測量精度要求不高的場合，并且導(dǎo)線的長度不宜過長。三線制：要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測量粕電阻的電路一般是不平衡電橋，粕電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到粕電阻所

8、在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時，導(dǎo)線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響。采用三線制會大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。四線制：當(dāng)測量電阻數(shù)值很小時，測試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流，另兩條測試線測量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降，計算得出電阻值在橋式電路中，為了減小熱電阻阻值隨溫度變化對支路電流的影響并限制流過熱電阻的電流，組成電橋的兩個支路的上電阻通常取熱

9、電阻阻值的幾十倍，其值達到10-50K(和橋路供電電壓有關(guān))，下電阻一般和熱電阻某溫度下阻值相同。測量時取兩者的電位差。雖然如此，熱電阻阻值隨溫度變化對支路電流的影響還是會造成輸出的非線性，通常需要做一定補償。如果直接測量阻值，應(yīng)該采用恒流源給熱電阻供電，熱電阻阻值變化時支路電流保持恒定，熱電阻壓降為線性較好的溫度函數(shù)。放大前應(yīng)該做濾波處理或者在放大電路中加積分元件。?怎樣判斷pt100的好壞，用萬用表能測量么？根據(jù)分度表參照當(dāng)時溫度看阻值是否相符通常情況下是這樣的，將一個基準(zhǔn)電壓加在pt100回路上，測量pt100上的電壓信號（mv）,阻值變化是電壓信號自然也變化，再經(jīng)過運放放大后進入A/D

10、芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過程序再將電壓信號換算成電阻值，采用查表方式（將電阻值和相對應(yīng)的溫度值做成表格放到芯片rom中）的到溫度值。一般短距離選用二線制接法，中距離選用三線制接法，要求精度高、近距離選用四線制接法。三線制比兩線制的好處是可以補償線路電阻的偏差，和抗干擾不是一個概念。三種各自的優(yōu)缺點有許多說法，不一而足二線制不能消除導(dǎo)線電阻的影響。四線制可以消除導(dǎo)線電阻的影響。四線制的PT100有兩根線是用于測量的，另兩根是用于補償?shù)?，四線制的PT100有兩根線（熱電阻兩端各一根）是提供電流的，另兩根是采集電壓的。具體用哪種電路應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)要求決定，如果精度要求一般，采用三線是經(jīng)濟、穩(wěn)定、實用的選擇輸入（3根線）、輸出、電源三隔離為四線制，設(shè)備在控制室；輸入（3根線）、輸出、電源三不隔離為三線制，設(shè)備在控制室或傳感器內(nèi)；輸入（3根線）、（輸出、電源共用2根線）三不隔離為二線制，設(shè)備在傳感器內(nèi)、為一體化由于微處理器的發(fā)展，可對Pt100的非線性進行校正，因此Pt100傳感器大都采用四線制測量法（非橋路法），其測量原理Pt100傳感器四線制測量電路Pt100兩端電壓U1=ISR。IS為恒流，Rt為Pt100阻值。引線L1、L2存在電阻會影響測量結(jié)果，為此，將L、L2端口處信號輸入高輸入電