Pt100-溫度傳感器參數(shù)及電路設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上Pt100 溫度傳感器參數(shù)及電路設(shè)計Pt100 溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器.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）；·  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(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。    鉑熱電阻的線性較好，

2、在0100 攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于0.5 攝氏度。 圖1 PT100 傳感器封裝圖應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿秶?、高精度溫度測量領(lǐng)域。如：·  軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機，空調(diào)，熱水器等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。·  汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機，烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。·  供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制常用電路圖     R2、R3、R4 和Pt100 組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的

3、輸入電壓通過TL431 穩(wěn)至2.5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入單片機。電橋的一個橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3 可以調(diào)整輸入到運放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點。    放大電路采用LM358 集成運算放大器，為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放大，如圖 5.1 所示，前一級約為10 倍，后一級約為3倍。溫度在0100 度變化，當(dāng)溫度上升時，Pt100 阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓Av 對應(yīng)升高。    注意：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過TL431 穩(wěn)壓，但是整個

4、模塊的電壓VCC 一定要穩(wěn)定，否則隨著VCC 的波動，運放LM358 的工作電壓波動，輸出電壓Av 隨之波動，最后導(dǎo)致A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動，測量結(jié)果上下跳變。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為： 式中，A=0.；B=-0.；C=0.42735?？梢奝t100 在常溫0100攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為：RPt=100（1+At），當(dāng)溫度變化1 攝氏度，Pt100 阻值近似變化0.39 歐。Pt100 的分度表（0100） 程序處理    一般在使用PT100 的溫度采集方案中，都會對放大器LM358 采集來的模擬信號AV進(jìn)行溫

5、度采樣，即進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。    A/D 處理包括兩方面內(nèi)容，一是A/D 值的濾波處理，二是A/D 值向?qū)嶋H溫度轉(zhuǎn)換。由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過程當(dāng)中會出現(xiàn)采樣信號與實際信號存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號的高低波動，為了減小這方面原因造成的測量誤差，在實際采樣時采樣18 個點，然后再除去其中偏差較大的兩個點，即一個最大值和一個最小值，再對剩余的16 個點取均值，這樣得到的A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實際值。    在對數(shù)值進(jìn)行濾波操作之后，還要將A/D 值轉(zhuǎn)換為溫度，常用的兩種方法為查表法和公式法：查表法比較麻煩，而且精度也不

6、高，適合于線性化較差的NTC 溫度傳感器；公式法比較簡單，只需要確定比例系數(shù)K 和基準(zhǔn)偏差B 即可，適合于線性化較好的傳感器    溫度轉(zhuǎn)換的C 語言實現(xiàn)過程為：fT = (ADC_data * K) B; /換算成溫度值。    得到溫度后，一般還會對被控對象根據(jù)實際溫度和目標(biāo)溫度進(jìn)行實時的控制，要又要設(shè)計到控制算法，如：模糊控制、PID 調(diào)節(jié)等。這里簡單介紹一下PID 控制原理，更多內(nèi)容請察看相關(guān)書籍。PID 工作原理    PID（Proportional Integral Derivative）控

7、制是控制工程中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，經(jīng)過長期的工程實踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。它不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)中，而且對于大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過程也可應(yīng)用，在眾多工業(yè)過程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。   由于來自外界的各種擾動不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進(jìn)行。若擾動出現(xiàn)使得現(xiàn)場控制對象值(以下簡稱被控參數(shù))發(fā)生變化，現(xiàn)場檢測元件就會將這種變化采集后經(jīng)變送器送至PID 控制器的輸入端，并與其給定值(以下簡稱SP 值)進(jìn)行比較得到偏差值(以下簡稱e 值)，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制

8、規(guī)律發(fā)出控制信號，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使調(diào)節(jié)器的開度增加或減少，從而使現(xiàn)場控制對象值發(fā)生改變，并趨向于給定值(SP 值)，以達(dá)到控制目的 ，如圖所示，其實PID 的實質(zhì)就是對偏差（e 值）進(jìn)行比例、積分、微分運算，根據(jù)運算結(jié)果控制執(zhí)行部件的過程。 溫度控制PID 算法設(shè)計    利用了上面所介紹的位置式PID 算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值進(jìn)行相減得偏差，然后再對之進(jìn)行PID 運算產(chǎn)生輸出結(jié)果fOut，然后讓fOut 控制定時器的時間進(jìn)而控制加熱器。為了方便PID 運算，首先建立一個PID 的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型用于保存PID

9、 運算所需要的P、I、D 系數(shù)，以及設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息：typedef struct PIDfloat SetPoint; / 設(shè)定目標(biāo) Desired Valuefloat Proportion; / 比例系數(shù) Proportional Constfloat Integral; / 積分系數(shù) Integral Constfloat Derivative; / 微分系數(shù) Derivative Constint LastError; / 上次偏差int SumError; / 歷史誤差累計值 PID;PID stPID; / 定義一個stPID 變量PID 運算的C 實現(xiàn)代碼floa

10、t PIDCalc( PID *pp, int NextPoint )int dError,Error;Error = pp->SetPoint*10 NextPoint; / 偏差，設(shè)定值減去當(dāng)前采樣值pp->SumError += Error; / 積分，歷史偏差累加dError = Errorpp->LastError; / 當(dāng)前微分，偏差相減pp->PrevError = pp->LastError; / 保存pp->LastError = Error;return (pp->Proportion * Error+ pp->Integral *