pt100_测温电路[1]
PT100温度传感器测量电路

PT100温度传感器测量电路温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃至 650℃的范围.本电路选择其工作在 -19℃至500℃范围。
整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分。
前置放大部分原理图如下:工作原理:传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.按照 PT100 的参数,其在 0℃到 500℃的区间内,电阻值为 100 至280.9Ω,我们按照其串联分压的揭发,使用公式:Vcc/(PT100+3K92)* PT100 = 输出电压(mV),可以计算出其在整百℃时的输出电压,见下面的表格:单片机的 10 位 A/D 在满度量程下,最大显示为 1023 字,为了得到PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压,必须对传感器的原始输出电压进行放大,计算公式为:(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ,(Vcc=系统供电=5V),可以得到放大倍数为10.466 。
关于放大倍数的说明:有热心的用户朋友询问,按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果,而是得到 11.635的结果。
实际上,500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的,自然得到的数字仅仅为 450 个字,因此,公式中的 500℃在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。
450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。
其实,计算的方法有多种,关键是要按照传感器的 mV/℃为依据而不是以被测温度值为依据,我们看看加上非线性校正系数:10.47*1.1117=11.639499 ,这样,热心朋友的计算结果就吻合了。
PT100三线制测量电路

PT100三线制测量电路2007年10月02日星期二下午02:40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。
图1 采样电路图2 主机电路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4 V/I转换电路图5 485通讯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。
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。
《传感器原理及应用》基于PT100温度传感器的温度测量电路设计实验报告

《传感器原理及应用》基于PT100温度传感器的温度测量电路设计实验报告1.实验功能要求了解铂热电阻的特性与应用;熟悉铂热电阻测温电路;利用P100铂电阻测量温度源的温度;记录温度与测量电路电压输出数据2.实验所用传感器原理利用导体电阻随温度变化的特性,可以制成热电阻,要求其材料电阻温度系数大,稳定性好,电阻率高,电阻与温度之间最好有线性关系。
常用的热电阻有铂电阻(650℃以内)和铜电阻(150℃以内)。
铂电阻是将0.05~0.07mm的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。
在0-650℃以内。
铂电阻一般是三线制,其中一端接一根引线另一端接二根引线,主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制,导线电阻忽略不计。
)。
实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出,再经放大器放大后直接用电压表显示。
3.实验电路PT100铂电阻测温电路经验P100电压采集放大电路:前半部分是4.096V恒压源电路,然后是一个桥式电压采样电路,后面是一个电压放大电路。
一、4.096V恒压源电路因Vref=2.5V,故有4.096=(1+R1/R2)*2.5,得出R1/R2=1.6384,可以通过调节滑动变阻器实现。
二、桥式电压采样电路这是一个桥式电压采样电路,其原理是将V2作为参考电压,通过V1的变化去得到一个相对的电压数值,这样就能得到PT100的电阻数值,从而得到当前温度数值。
其中相对数值是通过R7去调节,可以是任意,其R7的主要作用还是在校准温度使用。
根据项目需要,现在使用的R7的阻值是138.5002Ω,也就是PT100在100摄氏度是的温度数值。
三、电压放大电路分析电路:1根据"虚断"原则,流过R3和R8电流相等(V1-Vx)/R3=Vx/R82根据“虚断"原则,流过R6和R1电流相等(V2-Vout)/(R6+R1)=(V2-Vy)/R6 3根据"“虚短"原则,Vy=Vx4根据这3个公式得出:11V1-10V2=Vout理想要的数值是10倍的放大倍数,但是现在在输出端多了减了V1,根据模拟的数值可知,V1的取值范围是0.215-0.36835241646对应温度范围是44.032- 75.43。
PT100铂热电阻测温实验

PT100铂热电阻测温实验PT100铂热电阻测温实验一、实验目的1.了解PT100铂热电阻的测温原理;2.掌握PT100铂热电阻的测温方法;3.学会使用数据采集仪进行温度测量。
二、实验原理PT100铂热电阻是一种利用铂金电阻随温度变化的特性来测量温度的传感器。
其基本原理是:在0℃时,PT100铂热电阻的阻值为100Ω,随着温度的升高,其阻值按一定规律增加。
通过测量PT100铂热电阻的阻值,可以推算出相应的温度值。
PT100铂热电阻的阻值与温度之间的关系可以用斯特曼方程表示:R(T) = R0(1 + AT + BT^2 + CT^3(1 - T0))其中,R(T)为温度T时的阻值,R0为0℃时的阻值,A、B、C为斯特曼系数,T0为参考温度(通常为0℃)。
在本实验中,我们只需要知道R0和A的值即可进行温度测量。
根据国际电工委员会(IEC)标准,PT100铂热电阻的R0为100Ω,A 为3.9083×10^-3℃。
三、实验步骤1.将PT100铂热电阻接入数据采集仪的输入通道;2.打开数据采集仪软件,设置采样率和采样时间;3.将数据采集仪与计算机连接,启动数据采集软件;4.将PT100铂热电阻放入恒温槽中,设置恒温槽的温度;5.等待恒温槽温度稳定后,记录数据采集仪显示的温度值;6.重复步骤4和5,改变恒温槽的温度,记录多个温度值;7.将实验数据整理成表格,进行分析和处理。
四、实验结果与分析实验数据如下表所示:根据实验数据,我们可以得出以下结论:1.PT100铂热电阻的测温精度较高,相对误差在±0.5%以内;2.随着温度的升高,PT100铂热电阻的阻值逐渐增大,与斯特曼方程的描述相符;3.数据采集仪能够准确地采集PT100铂热电阻的温度信号,并将其转换为数字量输出。
五、实验总结与体会通过本次实验,我们了解了PT100铂热电阻的测温原理和方法,并掌握了使用数据采集仪进行温度测量的技能。
PT100温度测量电路

电阻温度检测器(RTD )除了 用于测量温度的热电偶,仪器仪表工程师经常使用电阻温度检测器或RTD 。
这些设备的直流电阻变化(几乎)作为线性温度的函数。
或许其中最常见的是PT100,铂为基础的传感器,其电阻在0℃,正是100欧姆,(见表1)。
由于传感器的温度升高其电阻也是如此,在一个合理的线性方式。
表1显示了一个PT100传感器的电阻随温度的变化。
而温度系数略有不同在一个很宽的温度范围内,(通常为0.0036至0.0042欧姆/ º C),它可以被认为是合理恒定在50或100 º C 范围内。
普遍接受的平均温度系数为0.00385欧姆每º C。
据此,PT100往往可以在不超过这个范围线性化使用提供相应的系数进行评估。
这个装置也能承受的温度范围很广,从-200到800 º C 的能力,以及一些应用中的温度系数的变化可以容忍的。
此外,PT100提供了稳定和可重复的温度特性。
对于给定的基极电阻R O ,一个RTD 电阻在T º C 为:或 ααo o R T R T T T T R T R -=--+=)())(1()(00 ... (1)其中R O 是基极电阻对应到T O ,(在0 º C 100欧姆)和 是温度系数(每º C0.00385Ohms )。
因此,R (100℃)= 138.5欧姆 。
这种近似提供了相当良好的温度估计高达约300℃,如图1所示,在此之后,非线性就不言而喻了。
图1。
RTD 线性模型与实际特性方程(1)假设,在RTD 的非线性特性可以忽略不计,即该设备完全是线性的,而许多应用这种近似是可以接受的,这里需要一个更精确的非线性模型,必须使用,如公式概述( 2)。
))100(1()(32T T C BT AT R T R o -+++=(2)其中:A = 3.908E - 3,B = - 5.775E - 7和C = - 4.183E - 12 T <0,C =为T 0> 0。
PT100三线制测量电路

PT100三线制测量电路2007年10月02日星期二下午02:40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。
图1 采样电路图2 主机电路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4 V/I转换电路图5 485通讯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。
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。
Pt100热电阻测温实验

Pt100热电阻测温实验:T(℃)404550556065707580859095100 V/mv-11.9-12.9-16.0-19.1-21.8-24.7-27.5-30.2-32.8-36.5-19.3-41.5-44.4 V/mv-4.3-9.1-10.7-14.2-18.4-21.2-24.3-26.9-28.4-30.9-33.1-37.3-41.1平均值-8.1-11-13.4-16.7-20.1-23.0-25.9-28.6-30.6-33.7-36.1-39.4-42.8程序x=[40:5:100];y=[-8.1,-11.0,-13.4,-16.7,-20.1,-23.0,-25.9,-28.6,-30.6,-33.7,-36.1,-39.4,-42.8];p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('Vop-p-X曲线')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/v')hold on(1)灵敏度计算:x=[40:5:100];y=[-8.1,-11.0,-13.4,-16.7,-20.1,-23.0,-25.9,-28.6,-30.6,-33.7,-36.1,-39.4,-42.8];P=polyfit(x,y,1)程序结果:p =-0.5699 14.5538由以上程序可得两条直线方程分别为:V1=-0.5699 x+14.5538所以灵敏度分别为 S1=-0.5699mV/℃(2)非线性误差:x=[40:5:100];y=[-8.1,-11.0,-13.4,-16.7,-20.1,-23.0,-25.9,-28.6,-30.6,-33.7,-36.1,-39.4,-42.8];P1=polyfit(x,y,1)p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)程序结果:Vm = 0.6363所以,满量程输出由图可得为 -42.8mV,非线性误差为 0.6363.思考题1、总结Pt100热电阻传感器有哪些优缺点。
热电阻pt100温度传感器电路图工作原理图解

热电阻pt100温度传感器电路图⼯作原理图解 PT100是⼀种正温度系数的热敏电阻。
说到什么是正温度系数?就必须要结合负温度系数来讲了。
随着温度的升⾼,电阻的阻值变⼤,就是正温度系数的热敏电阻,相反,如果随着温度的升⾼,电阻的阻值变⼩,就是负温度系数的热敏电阻。
PT100之所以应⽤很⼴泛,不仅是因为它可以测的温度范围宽(零下⼏⼗度到零上⼏百度),还因为它的线性度⾮常好。
“线性度”,说的直⽩⼀点就是温度每变化⼀度,电阻的阻值升⾼的幅度是基本相同的。
这样,就⼤⼤的简化了我们的程序。
不过,PT100也有它的缺点,就是温度每上升⼀度,阻值变化太⼩了,只有0.39欧姆。
这样就需要硬件上提供⾼精度低噪声的转换。
⽹上流传有很多电路,很多电路其实都是不能当作产品⽤的。
下⾯给⼤家提供⼀种⾼精度的电路,就是成本有些⾼,不过品质好。
对于测温电路,其实有很多可以值得研究的地⽅,⼩电路有⼤智慧。
⽐如,你可以⼀眼就看出来这个电路不能测零下的温度吗?你可以计算出来这个电路可以测量的温度范围是从多少度到多少度吗?你可以修改这个电路,让它可以测到你所需要的温度范围吗?如果把反相(-IN)和同相(+IN)两条线调换,后果如何? 看看,你觉得电路简单,那么上⾯的问题都可以回答吗? 电路解释: 越简单的电路,稳定性就越好。
该电路中的四个电阻都需要⽤0.1%精度的。
电路只⽤了⼀个电桥和⼀个差分放⼤器。
R2 R3 R4与PT100组成电桥电路,REF3030为电桥电路提供标准的3.00V电压。
AD623⽤⼀个2K的放⼤反馈电阻精确的把电桥的压差放⼤51倍。
(为什么是51倍,详见AD623的datasheet) PT100接法: 细⼼的⼩伙伴,会研究⼀下PT100的接法。
PT100⼀般有两线和三线的传感器。
因为线本⾝肯定有电阻,⽽上⾯也提到过,每变化⼀度,PT100只变化0.39欧姆,那么如果PT100的线很长的话,电阻就越⼤,线不同,电阻就不同,就肯定会⼤⼤的影响测出来的结果。
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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=1000Ω)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,为了减小暖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暖电阻阻值的几十倍,其值达到10-50K(和桥路供电电压有关),下电阻一般和暖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,再经过运放放大后入入A/D 芯片入行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,四线制的电子物料编码规则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 输渗透(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=ISRtIS为恒流,Rt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Ui=U1这也消除了引线电阻
Ø 模拟暖电偶测试
最准的校法就是用电阻箱了,多路也只有一个一个慢慢来暖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
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,所以本模块需要入行非线性校正,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入行校正,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
图1 采样电路
图2 主机电路
图3 D/A电路
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℃的电阻值写渗透到闪存中,这样,将得到电压值往返算到电阻值,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4 V/I转换电路
图5 485通讯电路
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
主机电路
主机电路如图274LS138用来译码,分别选通各路的锁存器采用8MHz的晶振,速度完全可电子书免费下载聪明以满意系统的要求A/D转换的参考电压直接是V CC,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
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
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
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。