恒壓式熱電阻測溫方法的研究

1、恒壓式熱電阻測溫方法的研究主要任務(wù)v研究三線制熱電阻恒壓測溫的原理及計算公式，分析影響測溫精度的因素及提高測溫精度的途徑.給出電壓溫度轉(zhuǎn)換表。設(shè)計數(shù)據(jù)要求v熱電阻為Pt100，測溫范圍為-200C600C，Cu50，測溫范圍為v0C150Cv2、測量電流0.3mADC，穩(wěn)壓電源為-5VDCv3、Pt100的測溫精度為量程的0.1%，Cu50的測溫精度為量程的0.2%v4、均為三線制連接v5、導(dǎo)線電阻r要求為：0r40v6、環(huán)境溫度影響為150ppm主要設(shè)計思路v用三線制熱電阻恒壓測溫原理來測量溫度，測量出不同點的電壓值，然后經(jīng)過放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路等，通過8051控制模擬開關(guān)輪流測量電壓值

2、，將電壓值代入所推導(dǎo)出的電壓-熱電阻關(guān)系式，從而將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，列出電壓溫度轉(zhuǎn)化表，即由電壓值可以直接讀出溫度值。具體電路設(shè)計分析 v熱電阻三線制連接以及公式推導(dǎo)熱電阻三線制連接以及公式推導(dǎo)其中其中R1、U為已知參數(shù)，為已知參數(shù)，U1為熱為熱電阻端對地電壓（包含導(dǎo)線電阻上電阻端對地電壓（包含導(dǎo)線電阻上壓降），壓降），U2為熱電阻上引出的第為熱電阻上引出的第三根導(dǎo)線上的電壓由于三根導(dǎo)線上的電壓由于U1，U2后后將接運算放大器，運算放大器的輸將接運算放大器，運算放大器的輸入阻抗非常大，所以在推導(dǎo)過程中入阻抗非常大，所以在推導(dǎo)過程中引線電阻引線電阻r2可以忽略不計?？梢院雎圆挥嫛1r1r

3、3r2RtU=-5VU1U2熱電阻三線制連接以及公式推導(dǎo)熱電阻三線制連接以及公式推導(dǎo)URtRrRtrU12211111)(2UURUUUrRtURtRrrU122R1r1r3r2RtU=-5VU1U222122UURURUrt1121)2(UURUURt212UUUtR1值的確定值的確定 v對于Pt100在t=-200 C時，Rt=18.52，t= 600C時, Rt=313.71,故在t=-200 C時，導(dǎo)線電阻r=0時電流最小，即： v由此得到，R116.65kmARRRUIt3 . 052.18511R1值的確定值的確定 v對于Cu50在t=-0 C時，Rt=1850，t= 150C時,

4、 Rt=82.13,故在t=0 C時，導(dǎo)線電阻r=0時電流最小，即：v由此得到R116.62kv由于現(xiàn)有的標(biāo)稱電阻值最接近16.62K且能滿足要求的是18K，因此確定R1的值為 R1=18 K mARRRUIt3.050511U1，U2最值的確定 mvU02.107max1mvU14. 5min1mvU05.11max2R1r1r3r2RtU=-5VU1U2mvU0min2v由于需要測量的電壓有兩個，要實現(xiàn)單片機對它們的輪流測量與控制就要用到模擬開關(guān)。模擬開關(guān)實際上就是一組切換開關(guān)，在來自計算機的驅(qū)動信號的控制下，順序地接通或斷開每個開關(guān)，達(dá)到把多個來自傳感器的電信號依次地分別送入放大器的目的

5、。vCD4051的連線圖如圖3-3-2示，本設(shè)計中只用到了0、1通道，U1接X0，U2接X1，故將B、C接地，A由8051的P2.7口控制，P2.7為低選0通道，P2.7為高選1通道，這樣就實現(xiàn)了對U1的U2輪流測量，從而實現(xiàn)輪流測量控制。模擬開關(guān)的選擇模擬開關(guān)的選擇GNDU1U2R2X013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3VDD16VSS8CD4051-5V+5VGNDP2.7運算放大器的選擇 v由于測量得到的電壓信號U1,U2值很小，為mA級，故需要經(jīng)過放大后才能進(jìn)行測量計算。本文選擇低功耗，低溫漂，高精度，高輸入阻抗ICL7650自穩(wěn)零

6、型運算放大器。它是一個雙電源供電運算放大器，+5V，-5V兩電源供電，其輸入電壓范圍為-9V+9 V ，總電壓范圍為18V，可滿足本設(shè)計的要求。v所以將其放大30倍后可滿足后面A/D轉(zhuǎn)換的電壓輸入范圍要求，因此 R3/R2=30，而R4=R2/R3，放大器的輸入相與模擬開關(guān)CD4051的輸出相連接，由于U1、U2均為負(fù)值，故要經(jīng)ICL反相后輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，所以ICL7650為反相放大接法，放大倍數(shù)為A= - R3/R2=-30。而ICL7650的輸出直接與后面的A/D轉(zhuǎn)換器MAX1148的輸入通道相連接。具體圖見下頁圖示：運算放大器的選擇32674ICL7650R2R3R4GND+5V-5V

7、4051MAX1148A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 vA/D轉(zhuǎn)換器件的作用是把經(jīng)過放大器放大的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的二進(jìn)制代碼，以便把溫度傳感器檢測到的模擬量送入計算機進(jìn)行處理，因此，A/D轉(zhuǎn)換器是輸入通道的一個關(guān)鍵器件。/轉(zhuǎn)換器的選擇v由于要求Pt100的測溫精度為量程的0.1%，Cu50的測溫精度為量程的0.2%，穩(wěn)壓電源為-5VDC以及R1=18K，可以確定出滿足精度要求的A/D轉(zhuǎn)換器。v分析過程如下：v對于Pt100,U1max=-107.02mv,U1min=-5.13mv,且放大器放大倍數(shù)為30，設(shè)對應(yīng)滿足0.8C精度的電壓值為x,則：v （-107.023+5.1392

8、）*30mv:800C=x：0.8Cv可得到：x=-3.06mvv而MAX1148的最大允許輸入電壓+3V，所以：v 3V/2n=3.06*V 可以得到： 2n =983v所以n=10v同理可得對Pt100，U2在不同溫度時滿足精度的A/D為數(shù)為n2=14v同理可得對Cu50，U1在不同溫度時滿足精度的A/D為數(shù)為n3=11v同理可得對Cu50，U2在不同溫度時滿足精度的A/D為數(shù)為n4=14v綜上知：為滿足精度要求，A/D的位數(shù)應(yīng)該選擇n=14。/轉(zhuǎn)換器的選擇MAX1148與8051單片機的接口電路圖P1.0P1.1CSP1.4P1.3P1.2DINSSTSCLKDOUT8051MAX114

9、8R5R7R6GND+5VCH01CH12CH23CH34CH45CH56CH67CH78SHDN10VREF11REFADJ12DOUT15SSTRB16DIN17CS18SCLK19VDD20AGND13DGND14MAX1148+5VGNDP1.1GNDP1.1P1.3P1.2P1.4ICL7650直流電源電路 +直流穩(wěn)壓電路：T1+5VGND1234D1Vin1GND3+5V2LM7805C2C3C1C4220V50HZ直流電源的選擇v-直流電源的選擇：v：T21234D2C2C3C1C4Vin2GND1-5V3LM7905GND-5V50HZ220V與外圍電路連線圖GNDEA/VP3

10、1X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40VSS208051CR8GNDVCCCD4051(A)MAX1148(15)MAX1148(19)MAX1148(18)MAX1148(17)MAX1148(16)R9K軟件部分完成功能：輸入兩個值U1，U2，就可以計算出相應(yīng)的Rt值

11、；main()int R1,U;float Rt,U2,U2;U=-5;R1=18;Scanf(“U1=%f,U2=%f”,&U1,&U2);Rt=（(U1-2*U2)*R1）/(U-U1*0.01);Printf(“%fn”,Rt);vmain()vvint i;v float a80=18.49,22.80,27.08,31.32,35.53,39.71,43.87,48,52.11,v56.19,60.25,64.30,68.33,72.33,76.33,80.31,84.27,88.22,92.16,90.09,100.00,103.90,107.79,111.67,1

12、15.54,119.40,123.24,127.07,130.89,134.70,138.50,142.29,146.06,149.82,153.58,157.31,161.04,164.76,168.46,172.16,175.84,179.51,183.17,186.82,190.45,194.07,197.69,201.29,204.88,208.45,212.02,215.57,219.12,222.65,226.17,229.67,233.17,236.65,240.13,243.59,247.04,250.48,253.90,257.32,260.72,264.11,267.49,

13、270.86,274.22,277.56,280.90,284.22,287.53,290.83,294.11,297.39,300.65,303.91,307.15,310.38,313.59;vfloat b80=-200,-190,-180,-170,-160,-150,-140,-130,-120,-110,-100,v-90,-80,-70,-60,-50,-40,-30,-20,-10,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,27

14、0,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490,500,510,520,530,540,550,560,570,580,590,600;vfloat x,t;vscanf(%f,&x);vfor(i=0;i=ai&x=ai+1)vt=bi+(10/(ai+1-ai)*(x-ai);vprintf(%fn,t);velsevprintf(can not find the value);v電壓溫度轉(zhuǎn)換表（t）電壓溫度轉(zhuǎn)換表（u）誤差分析vRt的值受R1，U ，U1及U2的影響，為了提高測量精度，減小誤差就應(yīng)該使這些參數(shù)盡量準(zhǔn)確。為此，在選用電阻R1時，應(yīng)選擇金屬膜電阻，此類電阻精度高，可滿足設(shè)計中精度要求；而對于穩(wěn)壓電源，選擇的三端穩(wěn)壓塊誤差范圍為2%，可以滿足精度要求。v由于Pt100的測溫精度為滿量程的0.1%，它的測溫范圍為-200C600C，故它相對于滿量程的允許溫度誤差為0.8Cv由于Cu50的測溫精度為滿量程的0.2%，它的測溫范圍為0C50C，故它相對于滿量程的允許溫度誤差為1.0C小結(jié)v本設(shè)計的特點v本