pt100使用简介

PT100三线制测量电路
引言
PT100 是一种广泛应用的测温元件,在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。

由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以本模块需要进行非线性校正,一般的模块采用模拟电路校正,这种校正的精度不高,而且温漂等受干扰的程度也比较大。

本模块采用了软件查表插值的方法进行校正,最后转换成III型信号。

III型信号是当被测信号从下量程到上量程(0%~100%)变化时,输出线上对应4－20mA 电流的变化。

此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口,可以直接和任何MODBUS口连接。

系统设计
整个模块基于AVR新型的Atmega16单片机,采用三线制形式,这样可以去除导线电阻带来的零点不准确,经过差分放大电路直接得到0~5V的信号电压,这样就可以直接输入到A/D转换器。

数据处理部分,将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到闪存中,这样,将得到电压值回算到电阻值,这样进行查表,当电阻位于某一段之间时,再进行线性处理,这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。

D/A转换系统采用373芯片作为锁存器,采用权电阻网络进行D/A转换,这样可以节省成本,而且精度也可以得到保证。

最后再经过一个电压电流转换部分,把信号以III型信号传送出去,完成模块的功能。

图1 采样电路
采样电路
采样电路如图1所示,PT100以三线制接到J0,这样连接PT100的两侧的导线长度相等,而且分别加在两侧的桥臂上,这样导线电阻得以消除,当PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值,以调整温度下限,当温度范围是0~300℃时,电桥电压经过放大后,Anolog0的电压正好是0~5V, 这样可以完整使用单片机的A/D 转换器的转换精度。

图2 主机电路
主机电路如图2。

CPU采用Atmega16 ,它自带8路10位A/D转换器,转换速度快,精度高,而且不需要外扩任何器件。

74LS138用来译码,分别选通各路的锁存器。

采用8MHz的晶振,速度完全可以满足系统的要求。

A/D转换的参考电压直接是VCC,这可节省硬件,简化电路,在对精度要求较高的情况下可以选择精密稳压器件,如TL431。

图3 D/A电路
D/A转换电路
为了节省成本,本系统没有采用专用D/A转换芯片,而是运用D/A转换的原理,利用权电阻网络进行D/A转换器,这样精度可以保证,而且速度比较快,CPU控制也是比较简单的。

电路如图3所示。

74lS373锁存器,锁存CPU每次更新的数据,OE引脚接138芯片的片选信
号,LE 下降沿时数据锁存。

图4 V/I转换电路
V/I转换电路
V/I转换电路如图4所示,它将A/D转换后得到的电压信号,转换成4-20mA III 型信号输出。

I=V/R3。

图5 485通讯电路主机电路
RS-485通讯电路
通讯芯片选用MAX485芯片,将收允许和发允许接在一起(见图5),用一个口线进行控制,正常情况下,收允许,在需要发送的时候,设为发允许。

图6 软件流程
软件设计
软件设计是本系统的关键,也是与众不同的地方。

一般的铂电阻转III型信号的模块都是采用模拟电路,没有软件部分。

本系统采用数字化线性校正将大大提高模块的精度。

软件流程见图6。

软件分主程序,中断服务子程序,所有程序均由C 语言编写。

程序在ICCAVR6.30调试。

结语
基于单片机的PT100－III型信号转换模块具有精度高、可数字通讯、可升级等优点。

本模块已经用于多个火力发电厂烟气温度检测,其中采用III型信号和数字通讯的都有,均取得了良好的效果。

产品特性：
通常使用的铂电阻温度传感器有PT100，电阻温度系数为3.9×10－3／℃，0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。

按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（R0=100Ω）、Pt1000（R0=100 0Ω）为统一设计型铂电阻。

传感器的结构：
两线制：
传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。

三线制：
要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。

采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。

四线制：
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恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值
在桥式电路中，为了减小热电阻阻值随温度变化对支路电流的影响并限制流过热电阻的电流，组成电桥的两个支路的上电阻通常取热电阻阻值的几十倍，其值达到10-50K（和桥路供电电压有关），下电阻一般和热电阻某温度下阻值相同。

测量时取两者的电位差。

虽然如此，热电阻阻值随温度变化对支路电流的影响还是会造成输出的非线性，通常需要做一定补偿。

如果直接测量阻值，应该采用恒流源给热电阻供电，热电阻阻值变化时支路电流保持恒定，热电阻压降为线性较好的温度函数。

放大前应该做滤波处理或者在放大电路中加积分元件。

Ø 怎样判断pt100的好坏,用万用表能测量么?
根据分度表参照当时温度看阻值是否相符
Ø 通常情况下是这样的，将一个基准电压加在pt100回路上，测量pt100上的电压信号（mv），阻值变化是电压信号自然也变化，再经过运放放大后进入
A/D芯片进行A/D转换，经过程序再将电压信号换算成电阻值，采用查表方式
（将电阻值和相对应的温度值做成表格放到芯片rom中）的到温度值。

Ø 一般短距离选用二线制接法，中距离选用三线制接法，要求精度高、近距离选用四线制接法。

三线制比两线制的好处是可以补偿线路电阻的偏差，和抗干
扰不是一个概念。

三种各自的优缺点有许多说法，不一而足二线制不能消除
导线电阻的影响。

四线制可以消除导线电阻的影响。

四线制的PT100有两根线
是用于测量的,另两根是用于补偿的,四线制的PT100有两根线（热电阻两端各
一根）是提供电流的，另两根是采集电压的。

具体用哪种电路应该根据系统要
求决定，如果精度要求一般，采用三线是经济、稳定、实用的选择Ø 输入（3根线）、输出、电源三隔离为四线制，设备在控制室；输入（3根线）、输出、电源三不隔离为三线制，设备在控制室或传感器内；输入（3根
线）、（输出、电源共用2根线）三不隔离为二线制，设备在传感器内、为一
体化
Ø 由于微处理器的发展，可对Pt100的非线性进行校正，因此Pt100传感器大都采用四线制测量法(非桥路法)，其测量原理
Pt100传感器四线制测量电路
Pt100两端电压U1=I S R t。

I S为恒流，R t为Pt100阻值。

引线L1、L2存在电阻会影响测量结果，为此，将L1、L2端口处信号输入高输入电阻抗(＞1012Ω)，差分放大，这样L1、L2中电流≈0，L1、L2电阻可忽略不计，所以有U i=U1。

这也消除了引线电阻。

Ø 模拟热电偶测试
最准的校法就是用电阻箱了，多路也只有一个一个慢慢来。

热电偶用毫伏计模拟输出校二次表，毫伏计同样可以测量热电偶。

这些都不难，难的是建立一个标准的恒定的温场。

Ø 电压和温度的关系一般是非线性的，对于8位单片机还是查表法好。