PT100溫度傳感器測量電路

1、PT100溫度傳感器測量電路溫度傳感器PT100是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200 至 650 的范圍.本電路選擇其工作在 -19 至 500 范圍。整個電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機 A/D 轉(zhuǎn)換和顯示,控制,軟件非線性校正等部分。前置放大部分原理圖如下：工作原理:傳感器的接入非常簡單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了.這種接法通常會引起嚴重的非線性問題,但是.由于有了單片機的軟件校正作為后盾,因此就簡化了傳感器的接入方式.按照 PT100 的參數(shù),其在 0 到 500 的區(qū)間內(nèi),電阻值為 100

2、 至 280.9，我們按照其串聯(lián)分壓的揭發(fā)，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 輸出電壓（mV），可以計算出其在整百時的輸出電壓，見下面的表格：溫度 PT100 阻值 傳感兩端電壓 mV0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42單片機的 10 位 A/D 在滿度量程下

3、，最大顯示為 1023 字，為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 500 字時的單片機 A/D 轉(zhuǎn)換輸入電壓，必須對傳感器的原始輸出電壓進行放大，計算公式為：(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓( mV/ ) ，（Vcc系統(tǒng)供電5V），可以得到放大倍數(shù)為 10.466 。關(guān)于放大倍數(shù)的說明：有熱心的用戶朋友詢問，按照 (500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到 10.466 的結(jié)果，而是得到 11.635的結(jié)果。實際上，500 個字的理想值是無法靠電路本身自然得到的，自然得到的數(shù)字僅僅為 450 個字，因此，公式中的 500 在實際計算時的取值是 450 而不是

4、 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)10.47 。其實，計算的方法有多種，關(guān)鍵是要按照傳感器的 mV/ 為依據(jù)而不是以被測溫度值為依據(jù)，我們看看加上非線性校正系數(shù)：10.47*1.1117=11.639499 ，這樣，熱心朋友的計算結(jié)果就吻合了。運算放大器分為兩級，后級固定放大 5 倍（原理圖中 12K/3K+1=5），前級放大為：10.465922/5=2.0931844 倍,為了防止調(diào)整時的元器件及其他偏差，使用了一只精密微調(diào)電位器對放大倍數(shù)進行細調(diào)，可以保證比較準確地調(diào)整到所需要的放大倍數(shù)(原理圖中 10K/(8K2+Rw)+1)。通常，在溫度測量電路里，

5、都會有一個“調(diào)零”和另一個“調(diào)滿度”電位器，以方便調(diào)整傳感器在“零度”及“滿度”時的正確顯示問題。本電路沒有采用兩只電位器是因為只要“零度”調(diào)整準確了，就可以保證整個工作范圍的正確顯示，當然也包括滿度時的最大顯示問題了。那么，電路中對“零度”是如何處理的呢？它是由單片機程序中把這個“零度”數(shù)字直接減掉就是了，在整個工作范圍內(nèi)，程序都會自動減掉“零度”值之后再作為有效數(shù)值來使用。當供電電壓發(fā)生偏差后，是否會引起傳感器輸入的變化進而影響準確度呢？供電變化后，必然引起流過傳感器的電流發(fā)生變化，也就會使傳感器輸出電壓發(fā)生變化?？墒牵源送瑫r，單片機的供電也是在同步地接受到這種供電變化的，當單片機的 A

6、/D 基準使用供電電壓時，就意味著測量基準也在同步同方向發(fā)生變化，因此，只要參數(shù)選擇得當，系統(tǒng)供電的變化在 20% 之內(nèi)時，就不會影響測量的準確度。(通常單片機系統(tǒng)并不允許供電有過大的變化，這不僅僅是在溫度測量電路中的要求。）后級單片機電路的原理圖如下：從傳感器前置放大電路輸出的信號，就送入到 HT46R23 的 A/D 轉(zhuǎn)換輸入端口（PB0/AN0），由單片機去進行各種必需的處理。首先是進行軟件非線性校正，把輸入信號按照不同的溫度值劃分為不同段，再根據(jù)其所在的段分別乘以不同的補償系數(shù)，令其與理論值盡量接近，經(jīng)過非線性校正的數(shù)字，才被送去進行顯示，比較用戶設(shè)定的控制值等等。各段的非線性補償系數(shù)

7、見下列表格（僅僅列出主要段的數(shù)據(jù)，非全部表格內(nèi)容）：傳感電壓mV/內(nèi)部AD讀數(shù)校正系數(shù)124.3781供電電阻=3K92±1%,供電電壓=5.000V±1%124.84500.46701.001.0000147.79420.468350.140.9972170.64140.462699.061.0095192.93260.4570146.801.0218214.68020.4515193.361.0343235.89610.4461238.791.0469256.59180.4407283.111.0597276.78980.4355326.361.0724296.4779

8、0.4302368.521.0854315.68910.4251409.651.0985334.42200.4201449.761.1117本電路還有一個特點，就是用戶可以在工作范圍內(nèi)，任意設(shè)定 3 個超限控制值。當測量顯示值大于設(shè)定值的時候，對應(yīng)的控制端口就會輸出高電平。利用這個高電平信號，再外接一級三極管驅(qū)動繼電器的電路，就可以實現(xiàn)自動控制。在某一個控制端口輸出高電平的同時，與之串聯(lián)的 LED 發(fā)光管會同時點亮，以便提示使用者是哪一個設(shè)定值在輸出控制信號。電路中的 24C02 是電存儲器，可以把使用者設(shè)定的控制值可靠地保存起來，即使掉電也不會丟失數(shù)據(jù)。電路圖中還有 3 只按鍵，它們分別是“

9、設(shè)定”、“加置數(shù)”和“減置數(shù)”操作按鍵，用于使用者進行超限值的設(shè)置。使用方法如下：按動一下設(shè)定鍵，屏幕顯示“1-”，表示現(xiàn)在進入第一個超限值的設(shè)置，三秒后屏幕自動跳轉(zhuǎn)到顯示“*”并閃爍(* 代表原來電存儲器里儲存的超限數(shù)值)，然后，按壓加數(shù)鍵(或減數(shù)鍵)，屏幕上的最低位的數(shù)字就會加一(或減一)，如果按住按鍵三秒以上不放開，屏幕上的前兩位數(shù)字就會快速進行加數(shù)(或減數(shù))。把屏幕上的數(shù)字調(diào)整到所需要的數(shù)字后，這個超限值就設(shè)置完成了。接著，再按動一下設(shè)定鍵屏幕顯示“2-”，表示現(xiàn)在進入第二個超限值的設(shè)置，三秒后屏幕自動跳轉(zhuǎn)到顯示“*”并閃爍.,接下來的操作與第一個超限值的操作完全一樣。第三個超限值的設(shè)

10、置與上面兩個完全一樣。當設(shè)置好 3 個超限值之后，還必須最后按動一下設(shè)定鍵，退出設(shè)定狀態(tài)而返回正常工作狀態(tài)。如果忘記了這最后一次按動退出的操作，程序就會等待 10 秒之后，自動返回正常工作狀態(tài)。簡易調(diào)試方法:可以使用 100 的電阻來模擬 PT100 在 0 的阻值,接入傳感器輸入端，看看顯示是否 =000,如果不對,可以調(diào)整微調(diào)電位器來達到;然后用一只 281 的電阻來模擬 PT100 在 500 時傳感器的電阻值,顯示應(yīng)該在 500 字±1字；最后，使用一只 194 的電阻來代替 250 傳感器電阻輸入,應(yīng)該顯示 250±1 字.如果經(jīng)過上面調(diào)試沒有問題,就可以接入真正

11、的 PT100 傳感器投入使用了.（真正的傳感器也有誤差，可以微調(diào)一下前置放大的電位器來校正它。）在實際工作中，要求電路的供電電壓為 5V±5%.如果測量顯示值大于某一個超限值，對應(yīng)的控制端口就會立即輸出高電平。如果傳感器發(fā)生開路故障,顯示就會出現(xiàn)"HHH",如果傳感器及其引線發(fā)生了短路,顯示就會立即出現(xiàn)"LLL".為了防止傳感器出現(xiàn)開路或者短路之后可能會引起的不良后果，這時候，3 個控制輸出端口都會優(yōu)先關(guān)閉。PT100溫度傳感器的接線方式Pt100,就是說它的阻值在0度時為100歐姆，PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)作成的電阻式溫度傳感

12、器，屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+T)Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200+850；允許偏差值：A級±（0.150.002t）， B級±（0.300.005t）；熱響應(yīng)時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；允通電流5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。 PT100溫度傳感器三根芯線的接法       PT100鉑電阻傳感器有三條引線,可用A、B、C（或黑、紅、黃）來代表三根線,三根線之間有如下

13、規(guī)律：A與B或C之間的阻值常溫下在110歐左右,B與C之間為0歐,B與C在內(nèi)部是直通的,原則上B與C沒什么區(qū)別. 儀表上接傳感器的固定端子有三個：A線接在儀表上接傳感器的一個固定的端子.B和C接在儀表上的另外兩個固定端子，B和C線的位置可以互換,但都得接上，。如果中間接有加長線,三條導(dǎo)線的規(guī)格和長度要相同。熱電阻的3線和4線接法：是采用2線、3線、4線，主要由使（選）用的二次儀表來決定。一般顯示儀表提供三線接法，PT100一端出一顆線，另一端出兩顆線，都接儀表，儀表內(nèi)部通過橋抵消導(dǎo)線電阻。一般PLC為四線，每端出兩顆線，兩顆接PLC輸出恒流源，PLC通過另兩顆測量PT100上的電壓，也是為了抵

14、消導(dǎo)線電阻，四線精確度最高，三線也可以，兩線最低，具體用法要考慮精度要求和成本PT100溫度傳感器產(chǎn)品特征1、不銹鋼套管封裝，經(jīng)久耐用2、活動螺絲固定，使用方便3、按照國際IEC751國際標準制造，即插即用4、多種探頭尺寸可選、適應(yīng)面廣5、高精度、高穩(wěn)定、高靈敏6、外形小巧，經(jīng)濟實用特性指標測溫范圍:-200-400探頭長度:5cm/10cm/15cm/20cm探頭直徑:5mm電阻變化:0.3851/安裝方式:活動螺絲固定螺絲規(guī)格:M8*1.0引線長度:一般2米，可訂制長度（專用引線）引線接法:三線式接線方式:接線叉套管材質(zhì):不銹鋼傳感器件:PT（鉑）   

15、60;  PT100溫度傳感器采用三線式接法的原因：PT100溫度傳感器0時電阻值為100，電阻變化率為0.3851/。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，采用三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下：PT100引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt100)作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響      尺寸圖：接線圖：   選型圖：此溫度傳感器為通用型產(chǎn)品，即插即用，用戶在選型時只需要講明探頭的長度。PT100原理及分度表電阻式溫度傳感器(RTD,Resistance Temperature Detector)一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會隨溫度的上升