PT100铂热电阻温度测量系统的设计

才　智1,范长胜2,杨冬霞3

(1.山东聊城职业技术学院　山东聊城　252000;2.东北林业大学　黑龙江哈尔滨　150040;

3.哈尔滨学院　黑龙江哈尔滨　150086)

摘　要:温度测量系统应用广泛,涉及到各行各业的各个方面,在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开发成本、扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发,设计一种以PT100铂热电阻为温度信号采集元件、EW78E58单片机为控制核心、OCMJ 4×8C 液晶显示器为显示器件的温度测量系统。该测量系统不但可以测量室内的温度,还以测量液体、种子等内的温度,在实际应用中,该系统运行稳定、可靠,电路设计简单实用。

关键词:PT100;信号采集;EW78E58;测量系统

中图分类号:TP274 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)202172203

Design of PT100T emperature Measurement System

CA I Zhi 1,FAN Changsheng 2,YAN G Dongxia 3

(1.Shandong Liaocheng Vocational and Technical College ,Liaocheng ,252000,China ;

2.Northeast Forestry University ,Harbin ,150040,China ;

3.Harbin Institute ,Harbin ,150086,China )

Abstract :The measurement systems are applied wildly ,involving various occupations and aspects.It holds the important position in the different fields.According to the principle of system running stability ,security ,stabilization and credibility ,a kind of temperature measurement system in which using the PT100as the temperature signal gathering part ,EW78E58as the control center ,and the OCMJ 4×8C (Liquid Crystal Display )as the display component are designed.Not only this measurement system may measure indoor ′s temperature ,but also may measure the temperature of liquid and seed.It runs stab 2ly ,credibly in the practical application and the design of circuit is simple and applied.

K eywords :TP100;signal gathering ;EW78E58;measurement system

收稿日期:2008203206

无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面,温度测量和控制都是极为重要的课题[1]。

温度测量系统在单片机系统设计中应用广泛,根据单片机系统设计要求的不同,温度测量系统的设计也有所不同,有采用集成芯片的,也有采用恒流源器件和恒压源器件的[2]。本系统选用P T100铂热电阻作为温度信号采集元件,来进行温度测量系统设计。1　基本工作原理

P T100铂热电阻的阻值随着温度的变化而变化,

利用这一特点来采集温度信号,将采集到的信号转换成电压信号;再经过A/D 转换成数字信号并由单片机系

统读取;单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理,并换算成与温度对应的数字信号,最后再由液晶显示器显示输出温度值。2　硬件设计

硬件组成主要包括恒流源电路、电压放大、A/D 转

换接口电路、光耦隔离电路、液晶显示电路5个组成部分。

2.1　恒流源电路

恒流源电路如图1所示。其中芯片O P07为运算放大器,它和5个电阻组成恒流源电路,在V IN +处输出1mA 的工作电流。图中D GND =5V ,VMC =0V ,有4个节点分别是N ET1,N ET2,N ET3,N ET4。设流过R 110的电流为I a ,流过R 114的电流为I b ,单位为mA ,方向都向右。

则根据运放的虚断和虚短,则有方程:

D GND -(R 111+R 110)×I a +R 114×I b -R 113×((D GND -R 111×I a )/R 112)-(V D GND -R 111×I a )=0 代入数据,有:

5-(10+1)×I a +1×I b -2×((5-10×I a )/10)-(5-10×I a )=0

可算得I a +I b =1,而I a +I b 即为所求电流I ,为1mA 。

根据方程,可知要得到I a +I b 为常数,必须满足:

R 113×R 111/R 112-R 110=R 114

所以,这个电路成为恒流源的条件是:

R 111/R 112=(R 110+R 114)/R 113

如果R 111=R 112则必须R 110+R 114=R 113,此时,恒流值为I =D GND ×R 113/R 112/R 114。

其中J 110用于连接P T100铂热电阻

。

图1　恒流源电路图

2.2　电压放大及A/D 转换接口电路

PT100铂热电阻一端输出的电压很小,如果直接与A/D 转换器相连接,则转换数据偏差较大;所以本设计中

将PT100铂热电阻一端输出的电压放大10倍后与电压

跟随器相连接,再进行A/D 转换,这样就能得到较好的转换效果,如图2所示。精密放大器INA118和电压基准芯片MC1403组成放大电路,VIN +为PT100铂热电阻一端输出的电压值;WIN -为基准电压源MC1403输出的电压值;VOU T 为放大后的输出电压值。计算公式为:VOU T =G ×((VIN +)-(VIN -)),其中G 的大小由电

阻R 120来决定,G =1+50k Ω/R 120[3]。芯片OPA277与外

围电阻组成电压跟随器。

图2　电压放大电路图

选用双积分型3(1/2)位的MC14433芯片A/D 转

换器(相当于11位二进制数),MC14433采用动态扫描BCD 码输出方式,即千、百、十、个位BCD 码轮流地在Q0～Q4端输出,同时在DS1～DS4端出现同步字位选通信号[4,5]。如图3所示。

MC1403集成精密+2.5V 电压源经电位器分压后作为A/D 转换的基准电压。MC14433的DU 端与EOC 端相连,以选择连续转换方式,每次转换结果都送至输出寄存器。EOC 是A/D 转换结束的输出标志信

号。单片机在读取A/D 转换结果时,可以采用中断方式或查询方式。为使单片机能忙于其他任务,本设计系统采用中断方式。DU 端与EOC 相连后经光耦连至单片机的IN T1端

。

图3　A/D 转换接口电路图

在MC14433上电后,即对外部模拟输入电压信号

进行A/D 转换,由于EOC 与DU 端相连,每次转换完毕都有相应的BCD 码及相应的选通信号出现在Q0～Q4和DS1～DS4上。当单片机开放中断,允许IN T1

中断申请,并置外部中断为边沿触发方式,在执行中断程序后,每次A/D 转换结束时,都将把A/D 转换结果送入片内RAM 中。

电压信号经过MC14433A/D 转换后,再经光耦隔离电路传送给单片机,单片机处理后由液晶显示器输出温度值。

2.3　光耦隔离电路

为使输入信号准确无误,在I/O 口扩展芯片8255与A/D 转换部分采用光耦进行隔离。A/D 转换作为模拟量输入部分,采用独立模拟电源和模拟地。单片机及I/O 口扩展芯片8255作为数字部分采用独立数字电源和数字地,减少外部输入对单片机的影响。Q0～Q4

和DS1～DS4用2片TL P52124进行隔离后连接至扩展芯片8255C 口上,电路如图4所示。2.4　单片机控制与液晶显示接口电路

本设计选用的是128×64点阵的OCMJ 4×8C 中文液晶图形显示模块。C 系列中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形,具有绘图及文字画面混合显示功能,与传统的图形点阵液晶显示模块相比,单片机硬件接口电路以及软件编程比较简单,内置2Mb 中文字型ROM (CGROM )总共提供8192个中文字型,可节省大量单片机设计的ROM 空间,可更多地显示汉

字字符的数量,更加发挥了液晶显示技术在单片机系统中的应用[6]。OCMJ 4×8C 模块非常适用于显示汉字

信息量较大的智能仪器仪表系统及家用电器。可采用8位并列接口传输讯号及串行接口与串行传输资料2种资料传输方式[7]。本设计系统采用的是并列传输方式。单片机控制与液晶显示接口电路如图5所示(J 91和J 11用于连接液晶显示器)

。

图4　

光耦隔离电路

图5　单片机与液晶显示接口电路图

3　软件设计及程序流程图

软件设计主要分为主程序、IN T0外部中断子程

序、液晶显示子程序。主程序完成对中断的初始化、等待外部中断的查询结果、调用显示子程序。IN T0外部子程序完成对温度测量数据的读取。显示子程序完成液晶显示器的初始化及显示温度值[8]。程序流程图如图6所示

。

图6　程序流程图

在单片机读取A/D 转换后的BCD 码时,为了避免读取不正确数值,在软件编程时采用对数据多次采样的

方法,即在一定的时间内,连续读取BCD 码,全部为一样的数值时才作为正确的数值接收,否则视为不正确数值而被忽略,这样可以有效地保障在显示器上输出的温度值连续变化,而不发生干扰性的跳动。由于P T100铂热电阻的阻值随温度的变化为非线性的,所以在软件编程时进行了线性拟合,阻值(R )与温度(T )的关系式为T =2.469R +27.2,其中电阻R 的单位是Ω;T 的单位是K [9,10]。4　结　语

在温度测量系统设计中,PT100铂热电阻被密封在金属棒中,这样使得本温度测量系统不但可以检测室内的气体温度,还可以检测土壤、液体、种子等内的温度,大大提高了温度测量系统的适用范围,且采用PT100铂热电阻为温度采集元件,可有效地降低开发成本。而且在设计中所采用的MC14433A/D 转换器,虽然转换速度慢,但具有抗干扰性能好、转换精度高,在不要求高速转换的温度控制系统中,则被广泛采用。A/D 转换部分与单片机控制系统完全采用光耦进行隔离,在降低干扰信号对单片机控制系统的影响方面起到重要的作用。另外在设计中所采用的OCMJ4×8C 液晶显示器,其与单片机硬件连接相当简单,无需其他外围器件,即节省了元件又使设计简单化。本温度测量系统电路设计简单方便、实用性好、电路工作稳定、可靠性高。

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(下转第177页)　

追加记录的个数,从而完整地反映出整个突发事故的全貌。

5　结　语

基于单片机和LabV IEW的So E系统,实现了低成本的数据采集系统架构,在实际开发中,LabV IEW表现出很强的灵活性。LabV IEW环境下的单片机数据采集系统将单片机用于数据采集的灵活性与Lab2 V IEW强大的数据分析处理能力相结合,可广泛用于测控领域。

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作者简介　乔记平　男,1979年出生,在读硕士,太原理工大学物理系,讲师。主要从事虚拟仪器的研究。

吕玉祥　男,1964年出生,硕士,太原理工大学物理系,副教授。主要从事光电信号检测的研究。(上接第171页)

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作者简介　吴光荣　男,1963年出生,硕士研究生,讲师。研究方向为新兴无线通信技术研究及产业化。

章剑雄　男,1978年出生,硕士研究生,工程师。主要研究方向为新兴无线通信技术研究及相关产品开发。

(上接第174页)

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作者简介　才　智　女,1975年出生,助教。主要研究方向为单片机应用。

771

热电阻的测温电路

Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量

目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)

热电阻电路测温计设计

燕山大学传感器原理及应用课程设计题目：热电阻温度传感器器学院（系）电气工程学院年级专业： 12级自动化仪表学号： 120103020133 学生姓名：马冰卿指导教师：童凯教师职称：教授

一、概述 1.1 热电阻温度传感器简介热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200~+850°C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000°C。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 1.2 pt100热电阻简介 pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

二、工作原理 2.1 热电阻工作原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。下面以铂电阻温度传感器为例：Pt100 是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 ()[]010t t Rt Rt -+=α （1）式中，Rt 为温度t 时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为： t e Rt B A = （2）式中Rt 为温度为t 时的阻值；A 、B 取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50～300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。 2.2 接线方式采用pt100测温一般有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。 ① 二线制接法:这种接法不考虑PT100电缆的导线电阻，将A/D 采样端与电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测温电缆的电阻，因此只能适用于测温距离较近的场合。

铂电阻测温电路的设计

虚拟仪器设计技术大作业题目：铂电阻测温电路的设计专业：电子信息科学与技术班级：电本（2）班学号：1150720079 姓名：张顶红同组人：柳建、黄腾辉、罗凯、颜超、舒样超、陈雷指导老师：秦新燕

日期：2014年5月22号物理与机电工程学院目录一.课程设计的目的二.课程设计的任务三.铂电阻测温电路原理及设计 3.1传感器模型的建立 3.2测温电路组成与原理 3.2.1稳压电路

3.2.2基本放大电路 3.2.3校正电路 3.2.4电路输出范围的调节3.3整体电路分析与设计 3.3.1稳压电路分析 3.3.2铂电阻温度特性分析 3.3.3 Rw1作用分析 3.3.4电路验证 3.4实验数据处理四．Labview虚拟仪器设计 4.1数据显示子程序VI设计 4.2接口电路的设计与编译五.仿真测温六．总结

一.课程设计目的在Multisim中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温范围为0至100℃的测温仪。通过本课程设计，了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型；掌握铂电阻的测温电路；熟悉LabVIEW虚拟仪器Multisim的导入方法;提出铂电阻测温仪的优化方案。二.课程设计的任务在Multisim中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温度范围为0~100℃的测温仪。通过本设计，应掌握以下内容： 1）了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型。 2）掌握铂电阻的测温电路。 3）会用LabVIEW设计温度显示模板，把电路输出电压值转换成温度及参数的显示。 4）熟悉LabVIEW虚拟仪器向Multisim的导入方法。三.铂电阻测温电路原理及设计 3.1传感器模型的建立金属铂电阻器性能十分稳定，在-260～+630℃之间，铂电阻用做标准温度计;在0～+630℃之间铂电阻与温度的关系如下：

热电阻常用的接线方式及原理

热电阻温度测量原理及常用接线方式热电阻（如PtIOO ）是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值（电压/电流），再将电阻值转换成温度值，从而实现温度测量。热电阻和温度变送器之间有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。由于热电阻本身的阻值较小，随温度变化而引起的电阻变化值更小，例如，铂电阻在零度时的阻值R0=100 Q,铜电阻在零度时 R0=100 Qo 因此，在传感器与测量仪器之间的引线过长会引起较大的测量误差。在实际应用时，通常采用所谓的两线、三线或四线制的方式，如图所示。图热电阻的接入方式在图（a ）所示的电路中，电桥输出电压 Vo 为 R r ) 当 R?Rt 、Rr 时， V o ［（R t -R r ） 2 式中：Rt 为铂电阻， Rr 为可调电阻，R 为固定电阻，I 为恒流源输出电流值。 1. 二线制（c ）三线制（d ）四线制

二线制的电路如图（b）所示。这是热电阻最简单的接入电路，也是最容易产生较大误差的电路。图中的两个R是固定电阻。R r是为保持电桥平衡的电位器。二线制的接入电路由于没有考虑引线电阻和接触电阻，有可能产生较大的误差。如果采用这种电路进行精密温度测量，整个电路必须在使用温度范围内校准。 2.三线制三线制的电路如图（C）所示。这是热电阻最实用的接入电路，可得到较高的测量精度。图中的两个R是固定电阻。R是为保持电桥平衡的电位器。三线制的接入电路由于考虑了引线电阻和接触电阻带来的影响。R11、R12和R l3分别是传感器和驱动电源的引线电阻，一般说来，R11和R12基本上相等，而R13不引入误差。所以这种接线方式可取得较高的精度。 3.四线制四线制的电路如图（d）所示。这是热电阻最高精度的接入电路。图中R ii、R i2、R13和R14都是引线电阻和接触电阻。R ii和R12在恒流源回路，不会引入误差。R13和R14则在高输入阻抗的仪器放大器的回路中，也不会带来误差。上述三种热电阻传感器的引入电路的输出，都需要后接高输入阻抗、高共模抑制比的仪器放

热电阻的单片机测温系统

摘要电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。关键词:AT８9S52 AＤC0832 Abstraｃt Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature. ?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832

pt100 铂热电阻

pt100 铂热电阻设计原理： pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。应用范围：医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。组成的部分常见的pt1oo感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成薄膜铂电阻：用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2微米以内，用玻璃烧结料把Ni（或Pd）引线固定，经激光调阻制成薄膜元件。 ================================================================================= Pt100 温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A 级±（0.15＋0.002│t│）， B 级±（0.30＋0.005│t│）；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤ 5mA。另外，Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0~100 摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5 摄氏度。

应用领域宽范围、高精度温度测量领域。如：轴瓦，缸体，油管，水管，汽管，纺机，空调，热水器等狭小空间工业设备测温和控制。汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机，烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等。供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制常用电路图 R2、R3、R4 和Pt100 组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431 稳至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3 可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。放大电路采用LM358 集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 5.1 所示，前一级约为10 倍，后一级约为3倍。温度在0~100 度变化，当温度上升时，Pt100 阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av 对应升高。注意：虽然电桥部分已经经过TL431 稳压，但是整个模块的电压VCC 一定要稳定，否则随着VCC 的波动，运放LM358 的工作电压波动，输出电压Av 随之波动，最后导致A/D 转换的结果波动，测量结果上下跳变。铂热电阻阻值与温度关系为：式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100 在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1 摄氏度，Pt100 阻值近似变化0.39 欧。 Pt100 的分度表（0℃~100℃）程序处理一般在使用PT100 的温度采集方案中，都会对放大器LM358 采集来的模拟信号A V进行温度采样，即进行A/D 转

热电阻温度检测及其报警电路设计1

引言随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现．能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。本文就热电阻温度检测仪及其各个元器件的工作原理和设计进行介绍。偏差报警单元在控制系统的偏差超出给定范围时，发出报警信号。本文就偏差报警单元工作原理进行介绍。

第一章四线制温度变送器 1.1 概述四线制温度变送器具有如下特点： ①在热电阻温度变送器中采用了线性化电路，从而使变送器的输出信号和被测温度呈线性关系，便于指示和记录。 ②变送器的输入、输出之间具有隔离变压器，并采取了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危险场所的直流毫伏或温度信号。图1 温度变送器结构方框图变送器总体结构如图1所示。三种变送器在线路结构上都分为量程单元和放大单元两个部分，它们分别设置在两块印制电路板上，用接插件互相连接。其中放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。方框图中，空心箭头表示供电回路，实线箭头表示信号回路。毫伏输入信号U i 或由测温元件送来的反映温度大小的输人信号E t 与桥路部分的输出信号U z 及反馈信号U f 相叠加，送人集成运算放大器。放大了的电压信号再由功率放大器和隔离输出电路转换成统一的4—20mA直流电流J。和1—5V直流电压U。输出。变送器的主要性能指标：基本误差为±0．5％；环境温度每变化25℃附加误差不超过±0．5％；负载电阻在0—100Ω范围内变化时，附加误差不超过±0．5％。

RE200B红外测温系统电路设计

红外测温仪系统 1. 引言温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。因此，实现对温度的实时测定就显的十分重要。然而，传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。但是，在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的。因此，红外测温仪具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。图1 红外测温仪的测温图 2. 红外测温仪系统原理 2.1红外测温原理一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。由于黑体的光谱辐射功率Pb(λΤ)与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理： ()1 ex p 251-= -T c c T P b λλλ （1）其中，Pb(λΤ)—黑体的辐射出射度； λ—波长； T —绝对温度；

热电阻温度计的结构和原理

热电阻温度计的结构和原理其优点如下： 1、循环周期9～13秒，生产效率高，—条线年产标砖6000万块。 2、蒸养车可码放砖坯16层，有效利用蒸压釜，节约蒸压能耗23%。 3、整机布局结构紧凑，占地面积小，能节省土建投资成本达28%。 4、抓坯和码垛定位精度高，减少中间周转过程，提高制品的成品率。 5、自动化程度高，操作简单方便，实现单机单人操作。热电阻温度计的结构和原理？热电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同，它具有

负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，然后就可以求得温度。如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和系数k，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。电阻温度计就是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算得到温度值，再通过进行显示。热电阻温度计的工作原理热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。1、热电阻测温原

理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的类型1）普通型热电阻从热电阻的测温 2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装④使用寿命长。3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于bla--b3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。铠

铂热电阻温度传感器测温电路

铂热电阻温度传感器测温电路时间：2010-01-10 15:08:48 来源：深圳作者：徐明发使用运算放大器和铂测温电阻温度检测电路 1，测温电阻转换电路测温电阻是利用电阻值随温度变化的器件，在金属中，JIS规定了铂测温电阻、铜测温电阻的标准。而且，由0℃时的电阻值R0和t℃时的电阻值Rt之比(R t/R0)求温度t。在任意t℃时的电阻值R t为 R t=R0{1+a(t-t0)} (1) 这里，a是温度系数，铂为0.003916，铜为0.004250。测温电阻的电阻值，在0℃用100Ω或50Ω。铜测温电阻的温度系数不随温度变化，所以不需要线性补偿。但是缺点是能够使用的最高温度低，约为120℃。铂测温电阻适合于±200℃左右比较低温的温度测定由于精度好，多被采用。但是，电阻温度系数稍有些非线性，所以需要进行线性补偿。可是铂测温电阻的温度-电阻特性为饱和型，特性式为 R t＝R0（1+AT+BT2）（2）的高次式。 2，测温电阻的线性补偿图1表示铂（P t）测温电阻的温度－电阻特性是饱和型，所以关于线性补偿不需要使用热电偶那样的折线逼近电路和高次函数发生电路，对高温度可用提高输出电平那样的电路来实现。图2表示测温电阻转换器的基本电路。在这个电路中E为基准电压，输出电压E0电压可以用（3）表示。R4是测温电阻的电阻值。在测温（R4）流过的电流，JIS规定为10，5，2mA。这在测量测温电阻的电阻值时，由于测量电流而产生I2R的焦尔热，成为测定误差，不可忽视，所以规定了测定电流的上限。测定电流小，焦尔热的产生少，输出电压也小，所以还必须考虑下级的放大器精度。可是，在（3）式中，如果将E、R1、R2、R3一定，则产生对应于R4＝R t变化的输出电压E0。选择R1＝R2，R3＝R4＝100Ω，如果R4电流5mA左右，设E为10V，从下式（4） R1为2.4Ω。但是，图2的基本电路为反相电路，所以产生负的输出电压。在图3中对基本电路为的下一级设计了反相放大电路，并设计了在0℃为0V的零调整和增益调整的电位器。基准电源E使用温度变化小的。在图3中，使用温度系数小的（±50ppm/℃)TL430。这个电路没有进行线性补偿，所以对大范围的温度测量误差大，不实用。但是，测温电阻的温度－电阻特性，如上所示，有随温度上升变化达到饱和的特性，因此，利用正反馈可以进行线性补偿。图4是使用正反馈进行线性补偿的电路，由于把约4%左右的电压进行正反馈，如图5所示那样，在0～500℃的测温范围内，可进行线性补偿到0.4℃以内的精度。可是，在用微机管理温度这样的模拟信号场合，要用A－D转换器读出输出电压，进行数据处理。测温电阻的线性补偿可以用软件进行比较简单地处理。所以，在考虑系统整体时，需要考虑用硬件进行或用软件进行的问题。图1 铂测温电阻的温度-电阻特性非线性图2 测温电阻的基本电路

铂电阻测温元件测温解析

模拟电子技术课程设计报告书信息工程学院

设计题目：模拟电子技术课程设计指导书（2007版）95页题目23 铂电阻测温元件测温性能指标：若铂测温电阻元件作为电桥的一个桥臂，当测温范围为0～200℃时，需要放大电路输出0～5V 电压，试设计该放大电路。该测温电桥采用1mA 的电流源供电。一、电路结构及原理说明本铂电阻测温电路由四部分组成：基准电压源电路、恒流源电路、测温桥及放大电路。电路的框图如下： 2. 恒流源电路：用于产生-1mA 的恒定电流，为测温桥供电。 3. 测温桥及放大电路：铂电阻在0～200℃时的阻值发生变化，测温桥用于将阻值的变化转化为电压的变化（即ΔV ）；放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV ）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。二、参数计算及元件选择图一 1. 基准电压源的计算 I R4 I R5 I R3

电路如图一所示，输出电压Vout=5V ，稳压管选择Uz=3.3V 的1N5913B ，取稳定电流约为1～2mA ，选取Vs=12V 。根据同相比例电路，有： Vout=（1+R2/R1）Vz Vz=3.3V ，故有R2/R1=0.515，选取R1=33k Ω，得R2=17k Ω 令R4=1.0k Ω，则I R4=（Vout-Vz ）/R4=1.7mA 设I R3=I D =0.2mA ，则I R5=0.4mA ，且R3/(R5+R4)Vs ＞VD+Vz=0.7+3.3=4V 选择R5=R3=20k Ω，满足稳压管工作的条件。 2. 恒流源的计算图二电路如图二所示，经分析可知，Iout=-(R3+R4)V1/R1/R5，由于基准电压源Vout=5V ，故选取R1=R2=10k Ω，R3=R4=20k Ω，得Iout=-1mA 。 3. 测温电桥的计算如图三可知， ΔV= 选R1=R2=100k Ω，依据Pt100=0.1(1+at-bt 2-ct 3(t-100)) （k Ω）其中a=3.90802e-3，b=5.80195e-7，c=0，t 为摄氏温度得出t=0℃时，Pt100=0.100k Ω t=100℃时，Pt100=0.13851k Ω t=200℃时，Pt100=0.17584k Ω 当t=0℃时，令Rw=0.100k Ω，使得ΔV=0V ；t=200℃时，计算得ΔV=-0.037868V 4. 放大电路的计算 + ΔV _ I=1mA 图三 R2+Rw R1+Pt100 I R1-I R2 R1+R2+Pt100+Rw R1+R2+Pt100+Rw I R1(Rw-Pt100)R1+R2+Pt100+Rw Iout

热电阻测温原理及常见故障

热电阻及其测温原理在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 R t=Ae B/t 式中R t为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 2、工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu5 0的应用最为广泛。 3、热电阻的信号连接方式

Pt100热电阻的测温电路

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Pt100 RTD temperature measurement circuit [Abstract] RTD temperature measurement is based on the value of the metal conductor resistance increases with temperature for this feature temperature measurement. Most of the thermal resistance of pure metallic material, is currently the most widely used platinum and copper, in addition, have now begun using nickel, manganese and rhodium and other material thermal resistance. Mainly by using thermal resistance sensor resistance changes with temperature to measure the temperature and the characteristics and temperature-related parameters. Accuracy in the detection of relatively high temperature of the occasion, the sensor for comparison. Present a more extensive material for the thermal resistance of platinum, copper, nickel, etc., they have the resistance temperature coefficient, linearity, and stable performance, wide temperature range, easy to process and so on. Used to measure -200 ℃ ~ 500 ℃ temperature range. Temperature measurement system is widely used, involving all aspects of all walks of life, in a variety of different fields have an important position. Extend from the lower cost of open range, the system stability, reliability starting to design a Pt100 platinum resistance temperature sensor signal collection device temperature measurement system. Measuring system can measure not only until the indoor temperature, but also can measure the temperature of the liquid, etc., in practice, this system is stable, reliable, simple and practical circuit design. [Keywords] Sensors Pt100 RTD Temperature measuremen t 目录

Pt100铂电阻测温电路(稳定版)

常用电路图 R2、R3、R4 和Pt100 组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431 稳至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3 可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。放大电路采用LM358 集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 5.1 所示，前一级约为10 倍，后一级约为3倍。温度在0~100 度变化，当温度上升时，Pt100 阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av 对应升高。注意：虽然电桥部分已经经过TL431 稳压，但是整个模块的电压VCC 一定要稳定，否则随着VCC 的波动，运放LM358 的工作电压波动，输出电压Av 随之波动，最后导致A/D 转换的结果波动，测量结果上下跳变。铂热电阻阻值与温度关系为：式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100 在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1 摄氏度，Pt100 阻值近似变化0.39 欧。 Pt100 的分度表（0℃~100℃）

程序处理一般在使用PT100 的温度采集方案中，都会对放大器LM358 采集来的模拟信号A V进行温度采样，即进行A/D 转换。 A/D 处理包括两方面内容，一是A/D 值的滤波处理，二是A/D 值向实际温度转换。由于干扰或者电路噪声的存在，在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象，甚至会出现信号的高低波动，为了减小这方面原因造成的测量误差，在实际采样时采样18 个点，然后再除去其中偏差较大的两个点，即一个最大值和一个最小值，再对剩余的16 个点取均值，这样得到的A/D 转换结果比较接近实际值。在对数值进行滤波操作之后，还要将A/D 值转换为温度，常用的两种方法为查表法和公式法：查表法比较麻烦，而且精度也不高，适合于线性化较差的NTC 温度传感器；公式法比较简单，只需要确定比例系数K 和基准偏差B 即可，适合于线性化较好的传感器温度转换的C 语言实现过程为： fT = (ADC_data * K) –B; //换算成温度值。得到温度后，一般还会对被控对象根据实际温度和目标温度进行实时的控制，要又要设计到控制算法，如：模糊控制、PID 调节等。这里简单介绍一下PID 控制原理，更多内容请察看相关书籍。 PID 工作原理 PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断的进行。若扰动出现使得现场控制对象值(以下简称被控参数)发生变化，现场检测元件就会将这种变化采集后经变送器送至PID 控制器的输入端，并与其给定值(以下简称SP 值)进行比较得到偏差值(以下简称e 值)，调节器按此偏差并以我们预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值(SP 值)，以达到控制目的，如图所示，其实PID 的实质就是对偏差（e 值）进行比例、积分、微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。

热电阻测量电路

1、二线制接法采用两线制的测温电桥如图所示：（a）为接线示意图，（b）为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻RW一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精度。（a）示意图（b）等效原理图分析两线制由于引线电阻的误差图中，r为引线的电阻，Rt为Pt电阻，其中由欧姆定律可得：当Rr=Rt时（电桥平衡），V0=-I2*2r 。从V0的表达式可以看出，引线电阻的影响十分明显，两线制接线法的误差很大。 //由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中，使测量结果产生附加误差。如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃，这时若导线的电阻值为2Ω，则会引起的测量误差为5.3 ℃。 2、三线制接法

三线制接线法构成如图所示测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。目前三线制在工业检测中应用最广。而且，在测温范围窄或导线长，导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制热电阻。（a）示意图（b）等效原理图三线制接线法由图1-13所示，由欧姆定律可得：当Rr=Rt时，电桥平衡，I1=I2，V0=0。可见三线制接线法可很好的消除引线电阻，提高热电阻的精度。 3、四线制接法如图所示，在热电阻感温元件的两端各连两根引线，此种引线形式称为四线制热电阻。在高精度测量时，要采用如图所示四线制测温电桥。此种引线方式不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响，还可以通过CPU定时控制继电器的一对触点C和D的通断，改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响. 当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供