PT100溫度變送器設(shè)計(jì)

1、電子檢測裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐題目： PT100 溫度變送器的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號：成績： 西安理工大學(xué)信息與控制工程系2016 年 1 月 22 日總成績驗(yàn)收成績驗(yàn)收（抽樣）結(jié)果結(jié)果均方根誤差/排 名精度/排名最終排名檢測裝置驗(yàn)收得分：根據(jù)驗(yàn)收測試的4組數(shù)據(jù)計(jì)算得到均方根誤差和精度，將其各自排名,排名的結(jié)果相加，再排名，根據(jù)排名得到每個人的驗(yàn)收得分。報(bào)告得分：根據(jù)電路設(shè)計(jì)、計(jì)算，電路圖繪制，結(jié)果分析，綜合得分。 最終得分：驗(yàn)收和報(bào)告各占 50%電子檢測裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書項(xiàng)目：PT100溫度變送器的設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號：西安理工大學(xué)信息與控制工程系2016 年 1 月 22 日1概述隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的

2、不斷發(fā)展， 在普通家庭里電熱水器、電飯煲、電磁爐 等家用電器越來越成為必不可少的生活用品， 然而這些電器都依賴于溫度控制技 術(shù)，所以說溫度控制技術(shù)無處不在。 基于此，如何獲得溫度信息值并進(jìn)行準(zhǔn)確而 又快速的控制這是非常重要而有意義的研究課題。因鉑熱電阻具有測量范圍大、穩(wěn)定性好和耐氧化等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用PT100鉑熱電阻作為溫度感測元件，進(jìn)行溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。PT100在 0 C的額定電阻值是1001，工作溫度范圍：-200 850 C，考慮到實(shí)際應(yīng)用，本課題設(shè) 計(jì)的測量范圍為0 100 C。因?yàn)闊崦綦娮璧牡臏囟扰c阻值呈線性關(guān)系，根據(jù)測 量可得溫度與電壓的關(guān)系，阻值與電壓的關(guān)系。2總體設(shè)計(jì)

3、溫度的控制1、溫度控制范圍：10-90 C內(nèi)可任意設(shè)定溫度值。2、控制精度：土 5C2.1系統(tǒng)構(gòu)成2.2主要設(shè)備及元器件選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用LM324是四運(yùn)放集成 電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324 原理圖如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全 相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)1OUT(TT4OUT1141IN-2134lN-11N+ 3124IN+VCC 411GND2IN+ 510j 3IN+2IN-693IN-2OUT783OUT(TOP VIEW)放相互獨(dú)立。由于 LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小, 可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電

4、路中。U1VCCIm7812 是指三端穩(wěn)壓集成電 路IC芯片元器件，適用于各種電 源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使 用方便、輸出過流、過熱自動保 護(hù)。Im7805系列集成穩(wěn)壓器的典 型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一1+L2廠4IC采用集成穩(wěn)壓器 7805，C9 C10anOONWCTIONFWV*TO BOOS TMAX 臨 I個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路 分別為輸入端和輸出端濾波電容。ICL7660是一款基于電荷泵原理的電壓反相器，在典型電路中，其輸出電 壓和輸入電壓的極性相反幅值相等，但 輸出驅(qū)動能力不算很高。常用于需要從 正電壓變換出對稱負(fù)電壓的場合，增加 一個ICL7660和幾個小電容，

5、就可以實(shí) 現(xiàn)正負(fù)電源2.3系統(tǒng)核心處理策略輸入信號經(jīng)熱電阻，過零點(diǎn)補(bǔ)償和一級運(yùn)放，最后濾波得到理想的模 擬量輸出。2.4系統(tǒng)軟硬件功能劃分PT100所搭的電阻橋作為溫度采集部分，對溫度進(jìn)行實(shí)時采集，電源由 實(shí)驗(yàn)室提供。3詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)3.1.1輸入與輸出輸入：由電源直接輸入，經(jīng)電源電路處理，將5V電壓輸入。輸出：經(jīng)電路處理好的信號直接輸出。3.1.2熱電阻檢測模塊由于熱電阻輸出的信號很微弱，故我們通過電橋?qū)⒆柚底兓迪冉?jīng)過電橋放大，得到范圍跨度為0-5V，分辨率為0.02V的模擬電壓信號，得到需要的測溫范圍對應(yīng)的溫度值。熱電阻PT100的分度表溫度C0123456789電阻值（Q ）

6、010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115

7、.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.6

8、9130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.8315

9、6.58141.91145.69149.46153.21156.95金屬熱電阻一般適用于 -200500 C范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。工業(yè)上常用金 屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個性質(zhì)，但并 不是都能用作測溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而 且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、 在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值 隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。pt100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)

10、 PT100溫度為0C時它的阻值為 100歐姆，在100 C時它 的阻值約為138.5歐姆。設(shè)計(jì)電路圖如下:3.1.3電源模塊本系統(tǒng)采用實(shí)驗(yàn)室提供的24V直流穩(wěn)壓電源，經(jīng)電源電路輸出為5V電壓。3.1.4電壓跟隨器模塊電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低。電壓跟隨器采用+5V和-5V雙電 源供電形式，為了避免系統(tǒng)輸出 Vo 為負(fù)電壓的情況。滑動變阻器 RF1、 RF2調(diào)節(jié)范圍大，使測量更加準(zhǔn)確。3.1.5計(jì)算過程1.設(shè)R仁R2=1K R4=100。（ PT100在0度時，阻值為 100。），電橋R5=R6=10K（電橋上的電阻大于 R1和R2）2.輸入輸出關(guān)系式(Vi VR )

11、R6R6R7 VR Voi,V°1 (R9 R10 Rf2) =v。; 解得Vo(ViR 6 R7R7R6R7*Vz )(R 9 R 29R9Vi * R6 R7 R7設(shè) Vref=1.2V Vz放大倍數(shù):k胡空Rf2R9kminR10 Rf2=1 -Rf2 =0R9-1.56最小范圍：3m 35mV 32m V;最大范圍：7m 25mV 18mV最小放大倍數(shù)： 5V/32mV=156,最大放大倍數(shù) 5V/18mV=2783. 確定Vz的范圍及 R11、R12、RF2V01 =0Vz =2Vi時，假設(shè)R6=R7,貝U為0.3V至U 0.7V，取 Vz的變化為 0.5V小，可調(diào)從而警0

12、56 設(shè) R9=10K R10=5.6Kkmax =1 甩 =2.78,使k最大，Rf2應(yīng)取最大值，R9所以 Rf2max =1.78*103 -5.6*103 = 12.2k選 Rf2 = 20 k驗(yàn)證假設(shè)是否滿足要求：R，105.6R10 Rv 2 5.6 ' 200.56,2.561.78,從而令 R10 = 4.7k ： 5.6kR910R910則放大倍數(shù)滿足要求4. 確定Vo1、R6 R7的范圍100")設(shè)R6=R7=10k,（運(yùn)放的電阻應(yīng)遠(yuǎn)大于其內(nèi)阻，而內(nèi)阻一般為Vj =0.45V,VO1=0V ,Vz = 0.452 104104= 0.9VV = 2.3V,V

13、O1 =2.3 2-0.9= 3.7V3.1.5系統(tǒng)圖及元器件清單元件數(shù)量ICL76601LM3242LM78121LM78051PT1001電解電容10uf，100uf4電容 104,106若干電阻若干雙輸出可調(diào)直流穩(wěn)壓電源24V電位器24調(diào)試與測試4.1 調(diào)試將PT100放入冰水混合物，此時溫度為零攝氏度，PT100阻值此時為100Q接入電路，分別測Vo1和Vo,調(diào)滑動變阻器RV1和RV2使其電壓均接近于0V,并 且Uo1>Uo2對電路信號放大部分先進(jìn)行調(diào)零：測 Vo的值并調(diào)節(jié)RV2是輸出 為0.3V,再對電路信號放大部分進(jìn)行調(diào)滿：先將PT100放入開水，此時的阻值138 Q接入電路

14、,再測V的值并調(diào)節(jié)104,使輸出接近為5V。如此反復(fù)對該電路進(jìn) 行調(diào)零和調(diào)滿的操作，使其輸出穩(wěn)定在 0.2V-4.0V之間即可。4.2 測試測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)PT100的阻值，使其以每隔10C的阻值接入電路，再測輸出Vo的值，電流源電路接好后，開始測電流的輸出。測量時應(yīng)按PT100的阻值增大時測一次，再依次減小其阻值測一次。測試結(jié)果：1 :滑動變阻器 RF1調(diào)零，調(diào)節(jié)最佳增益，結(jié)果如下所示：溫度乜102030405060708090阻值Q103.9107.7111.6115.5119.4123.2127.0130.9134.7電壓V0.7021.2111.8342.3582.8373.2953.

15、7014.1334.487溫度t)由圖可以看出，PT100溫度與電壓近似呈線性關(guān)系。5結(jié)論經(jīng)過將近兩這幾天的測控電路課程設(shè)計(jì)， 我終于完成了 PT100溫度變送器的 設(shè)計(jì)，雖然與老師的要求有一定的差距，但我還是很高興的。在這次課程設(shè)計(jì)中，我自己動手焊接了實(shí)驗(yàn)電路，自己檢查電路中的錯誤，自己改正這些錯誤，自己查資料， 這些都是我獨(dú)立完成的，雖然在這一過程中我們遇到了許多困難，但還是咬牙挺過來了， 因此我們也學(xué)到了許多東西。由于我 之前有過焊接電路板的經(jīng)驗(yàn)，在焊接過程中并未遇到什么困難， 我自己也認(rèn)為我 焊接的電路板還是不錯的，但我還是在電路調(diào)試中遇到了很大的難題， 雖然老師 在布置這個課程設(shè)計(jì)之前給我們講了一些在調(diào)試中要注意的問題，但在實(shí)際操作中我們幾乎完全忘了這些需要注意的問題， 例如對電路的調(diào)零和調(diào)滿的操作，我 們都沒有將這兩步分開來進(jìn)行，而是直接測電路的輸出；再如，調(diào)零和調(diào)滿的操作要進(jìn)行多次，通過反復(fù)調(diào)試來保證電路測量范圍的準(zhǔn)確性， 可我