基于铂电阻PT100的隔离测温仪设计
基于Pt100铂电阻的无线地温测温系统设计
基于Pt100铂电阻的无线地温测温系统设计龚熙;曾涛;杨维发;蔡明【摘要】Aiming at the problem of the intricacy of the cables and inconvenient for maintenance and replacement,a wireless ground temperature measurement system is design,which measures the temperature of the four-wire Pt100 platinum resistance by the constant current source,filters and amplifies the temperature signals.The control chip is STC12C5A60S2 with the A/D conversion function integrated inside.The wireless transmission module is a nRF905 chip,which makes the maintenance,replacement and metrological verification of the Pt100 Platinum Resistor much more convenient by transferring data wirelessly.The system uses the LCD1602 to display temperature,which makes the system also be an individual thermometer while transmitting signals wirelessly.%针对气象观测现有的Pt100铂电阻地温传感器存在线缆复杂,维护和更换不便的问题,设计了1种无线地温测温系统.该系统以恒流源对4线制Pt100铂电阻进行测温,并对测温信号进行滤波和放大,以内部集成A/D转换功能的STC12C5A60S2单片机为控制芯片,以nRF905芯片作为无线收发模块.该测温系统通过无线传输数据的方式,有效的减少了现有自动气象站的地温观测的线缆长度和复杂度,使地温传感器的维护、更换和现场检定工作更加便利.该系统为传感器配置使用了LCD1602液晶显示屏进行温度显示,使测温系统能够进行无线传输的同时,发射端也可作为独立的温度计使用.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2018(046)002【总页数】5页(P233-236,244)【关键词】铂电阻温度传感器;无线传输;单片机;无线收发芯片【作者】龚熙;曾涛;杨维发;蔡明【作者单位】湖北省气象信息与技术保障中心,武汉430074;湖北省气象信息与技术保障中心,武汉430074;湖北省气象信息与技术保障中心,武汉430074;湖北省气象信息与技术保障中心,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P414引言Pt100温度传感器精度高、稳定性好、可靠性强,被广泛应用于工业自动化测量和各种实验仪器仪表领域中[1]。
基于PT100温度监测的设计
温度监测的设计电信科技08-2 韦一、课程设计内容(1)实时检测温度—50°C—180°C环境温度范围:室温—20°C—60°C;测量精度:2.5%±1字;(2)用LCD1602显示其温度(小数点保留两位);(3)将温度上传到上位PC机显示。
二、系统方案2.1基本原理根据检测温度范围的要求,本设计采用铂热敏电阻PT100作为温度传感器,温度测量范围在-200~850之内。
热敏电阻的电阻值随着环境温度的变化而变化,其电阻值与环境温度有某种关系。
本设计使用的电阻——温度的关系如下:在负温区(-200~0°C)范围:Rt=R0(1+At+Bt^2+C(t-100)T^2)在正温区(0~850°C)范围内:Rt=R0(1+At+Bt^2)式中:Rt——温度t时刻铂热敏电阻的电阻值;R0——温度0°C的铂热敏电阻的电阻值;t——介质的温度;A、B、C——有关的常数,其值如下:A=3.90502*10^-3B= -5.80195*e-7C=-4.2735*e-12铂热敏电阻的允许误差如下:电阻——温度的关系如下表:利用电桥平衡原理,已知另外三个电阻的阻值和电桥的供电电压,再测出电的桥两端的电压差,就可计算出连入电桥中的铂热敏电阻的电阻值。
电桥两端电压差通过放大电路后,经过A/D转换,利用单片机读取A/D的数据,便可得到放大后的电压值,通过放大电路输入和输出的关系,可得到电桥两端的电压差,这样就可计算出铂热敏电阻的电阻值。
通过铂热敏电阻阻值与环境温度有某种关系,可将电阻值转换为温度,这一系列的计算,可由单片机完成,最后将温度值送到显示电路显示,或者作为后期的数据处理。
2.2原理框图如图2.2所示:含有铂热敏电阻PT100的电桥放大电路A/D转换器单片机显示部分送到PC机图2.2三、硬件电路原理图(1)电桥和放大电路部分如图3.1所示,U7是TL431稳压管,为电桥提供稳定的电压,供电电压为+5V,由直流激励源U7(k)提供。
基于PT100温度监测的设计
温度监测的设计电信科技08-2 韦一、课程设计内容(1)实时检测温度—50°C—180°C环境温度范围:室温—20°C—60°C;测量精度:2.5%±1字;(2)用LCD1602显示其温度(小数点保留两位);(3)将温度上传到上位PC机显示。
二、系统方案2.1基本原理根据检测温度范围的要求,本设计采用铂热敏电阻PT100作为温度传感器,温度测量范围在-200~850之内。
热敏电阻的电阻值随着环境温度的变化而变化,其电阻值与环境温度有某种关系。
本设计使用的电阻——温度的关系如下:在负温区(-200~0°C)范围:Rt=R0(1+At+Bt^2+C(t-100)T^2)在正温区(0~850°C)范围内:Rt=R0(1+At+Bt^2)式中:Rt——温度t时刻铂热敏电阻的电阻值;R0——温度0°C的铂热敏电阻的电阻值;t——介质的温度;A、B、C——有关的常数,其值如下:A=3.90502*10^-3B= -5.80195*e-7C=-4.2735*e-12铂热敏电阻的允许误差如下:电阻——温度的关系如下表:利用电桥平衡原理,已知另外三个电阻的阻值和电桥的供电电压,再测出电的桥两端的电压差,就可计算出连入电桥中的铂热敏电阻的电阻值。
电桥两端电压差通过放大电路后,经过A/D转换,利用单片机读取A/D的数据,便可得到放大后的电压值,通过放大电路输入和输出的关系,可得到电桥两端的电压差,这样就可计算出铂热敏电阻的电阻值。
通过铂热敏电阻阻值与环境温度有某种关系,可将电阻值转换为温度,这一系列的计算,可由单片机完成,最后将温度值送到显示电路显示,或者作为后期的数据处理。
2.2原理框图如图2.2所示:图2.2三、硬件电路原理图(1)电桥和放大电路部分如图3.1所示,U7是TL431稳压管,为电桥提供稳定的电压,供电电压为+5V,由直流激励源U7(k)提供。
《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。
基于Pt100_热电阻的简易温度测量系统毕业设计论文1 精品
基于PT100热电阻的简易温度测量仪摘要:本文首先简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方法,在此基础上阐述了基于PT100的温度测量系统设计。
在本设计中,是以铂电阻PT100作为温度传感器,采用恒流测温的方法,通过单片机进行控制,用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。
通过对电路的设计,减小了测量电路及PT100自身的误差,使温控精度在0℃~100℃范围内达到±0.1℃。
本文采用STC89C52RC单片机,TLC2543 A/D转换器,AD620放大器,铂电阻PT100及液晶系统,编写了相应的软件程序,使其实现温度及温度曲线的实时显示。
该系统的特点是:使用简便;测量精确、稳定、可靠;测量范围大;使用对象广。
关键词:PT100 单片机温度测量 AD620 TL431AbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-current temperature measurement method and use single-chip control, Amplifier, A / D converter. It can still improve the perform used two-wire temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached ±0.1℃ between 0℃~100℃.The system contains SCM(STC89C52), analog to digital convert department (TLC2543), AD620 amplifier, PT100 platinum, LCD12864, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range. Keywords:PT100 MCU Temperature Measures AD620 TL431目录前言 (4)第一章方案设计与论证 (6)1.1 传感器的选择 (6)1.2 方案论证 (7)1.3 系统的工作原理 (8)1.4 系统框图 (9)第二章硬件设计 (9)2.1 PT100传感器特性和测温原理 (9)2.2 硬件框图以及简要原理概述 (11)2.3 恒流源模块测温模块设计方案 (11)2.4 信号放大模块 (12)2.5 A/D转换模块 (15)2.6 单片机控制电路 (18)2.7 显示模块 (19)第三章软件设计 (19)3.1系统总流程的设计 (19)3.2 主函数的设计 (20)3.3 温度转换流程图的设计 (21)3.4 显示流程图 (21)3.5 按键流程的设计 (22)第四章数据处理与性能分析 (23)4.1采集的数据及数据处理 (23)4.2 性能测试分析 (23)第五章结论与心得 (24)1 结论 (24)2 心得 (24)附录1 原理图 (25)附录2 元器件清单 (26)附录3 程序清单 (27)前言随着科技的发展和“信息时代”的到来,作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。
PT100铂热电阻温度检测装置设计
II
电气与信息工程学院《检测系统》课程设计说明书
第1章
概述
目前,由于国内仍有相当部分工业企业所用的有关温度生产线存在着控制精度不高,
温度均匀性差等问题,达不到工艺要求,造成装备运行成本费用高,产品的品质低下,
严重影响企业经济效益,其主要原因是温度控制具有工况复杂,参数多变,运行惯性大,
控制滞后等特点。所以在实际控制中,温度的准确性和精度很难控制。由此可以看出,
附录 2 .......................................................................................................................................................... 14
应用。
关键词:Pt100 铂电阻;三线制;温度测量;电压跟随器
Abstract
Using resistance and temperature function of Pt100 platinum thermal
resistance, converting the temperature signal into a voltage signal,
converting current signal into standard voltage signal. The practice proves
that the sensor has high stability and flexibility , is easy to achieve
and has good performance, low cost .
利用 Pt100 铂热电阻的电阻-温度函数关系, 将温度信号转换为电压信号, 经过两级
基于Pt100铂电阻的数字温度计的设计
目录摘要 (2)1 绪言 (4)1.1课题背景 (4)1.2国内外研究的发展及现状 (5)1.3本课题研究的内容 (8)2总体设计方案 (8)2.1提出总体设计方案 (8)2.2总体设计方案论证 (9)3 铂电阻理论基础 (9)3.1铂电阻的选取 (9)3.2铂电阻温度的测量方法 (12)4 整体电路 (14)4.1放大电路设计 (14)4.2温度显示电路理论及设计 (15)4.3AD转换模块 (17)4.4AT89C51单片机系统电路图 (18)4.5系统程序设计 (19)5.仿真结果 (21)总结 (21)参考文献 (22)摘要温度计量是计量学的一个重要分支,它在国民经济各领域中占有重要的地位。
人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。
1871年,西门子(Sir william Siemens)发现了铂电阻测温原理,制造出第一支铂电阻温度计。
1887年,卡伦德(Hugh Callendar)改进了铂电阻温度计的工艺和研制测温电桥并得到了著名的卡伦德公式。
之后,铂电阻温度计成为国际温标的标准仪器,并一直沿用至今。
金属热电阻是一种广泛应用的温度传感器。
它以测量精确,线性好,重复性好,测量范围大,体积小等的点被用在很多场合,其中铂电阻传感器被定为测温的基准。
金属热电阻特别是铜、铁等热电阻的大量使用,将给使用者在传感器的标定造成重复性的麻烦。
因为传感器的标定既复杂又要求苛刻,且成本较高。
为了解决这个问题我采用了一种方便的以精密铂电阻为标准传感器的金属热电阻的来作为温度传感器。
本文采用atmega16单片机作为处理的核心部分;用pt100作为温度传感器,由于atmega16单片机自带有A/D转换功能,把采集到的温度经放大后直接送到atmega16单片机,经过atmega16单片机处理后送到显示器,显示器将显示采集的温度,这样就能够达到题目的要求,而且其准确性也较高。
用铂电阻测量温度
dU0 R2 K CT ln 10m v / K dT R1 q
电流输出型半导体温度传感器
电流输出型图4 为电流输出型集成温度传感 器的原理电路图。 T1和T2是结构对称的两个 晶体管, 作为恒流源负载, T3和T4管是测温用 的晶体管, 其中T3管的发射结面积是T4管的8 倍, 即r=8。流过电路的总电流为:
2U be 2 KT I T 2 I1 ln R qR
式中当R和r一定时, 电路的输出电流与温度有良好的线 性关系。
半导体集成温度传感器AD590简介
• 典型的电流输出型集成温度传感器是美国模拟器件公司 (AD公司)生产的AD590, • 我国产的SG590也属于同类型产品。 基本电路与图 11 - 20一样, 只是增加了一些启动电路, 防止电源反接以及 使左右两支路对称的附加电路, 以进一步地提高性能。 AD590的电源电压4~30V, 可测温度范围-50~+150℃。 • AD590是一种两端集成电路温度传感器,其封装如图5 所示。AD590实质上是一种半导体集成电路,它的输出 电流和绝对温度成正比。当它的两端加上+4V-+30V之 间电压时,器件呈现一高阻抗,输出电流按1uA/1.0K变 化。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因 而器件反接也不会被损坏。
பைடு நூலகம்
用铂电阻和3½位数字式电压表组成的测温电路
+5V 1K
1
w1
+5V
1.5K R1 R3 91O 20O w2 R2
1.5K 3位半DVM
R4 Pt100
用铂电阻,AD620和3½位数字式电压表组成的测温电路
基于铂热电阻PT100的USB测温仪的设计
技术创新中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2008年第24卷第4-1期360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》传感器与仪器仪表基于铂热电阻PT100的USB测温仪的设计AdesignofUSBthermoscopebasedonplatinumresistance(南京工业大学)蔡彬彬包亚萍陶卉金自强CAIBINBINBAOYAPINGTAOHUIJINZIQIANG摘要:介绍了一种基于铂热电阻PT100的USB测温仪的实现方案。
采用信号调理电路改善PT100的非线性并使用MATLAB拟合出一个最佳测温多项式。
在此基础上,结合USB技术和虚拟仪器技术,对采样的信号进行传送,处理并显示。
该设计具有精度高,携带方便,界面友好的特点,适合使用在对测温精度要求比较高的场合。
关键词:铂热电阻;PDIUSBD12;微控制器;虚拟仪器;Labview中图分类号:TP212文献标识码:AAbstract:AnewimplementedschemeonPt100USBthermoscopeisintroduced.TheadoptedsignalrecuperatedcircuitmelioratedthenonlinearityofPt100,andtheoptimumFitPolynomialontemperatureiseducedbyMATLAB.CombinedUSBwithvirtualinstrumenttechnique,thesamplingsignalistransferred,processedanddisplayed.Thedesign,characteristicofitshightemperatureprecision,convenienceandbetterinterface,isfitforsituationsrequiringhightemperatureprecision.Keywords:Virtualinstrument,sensor,experimentplatformdesign,LABVIEW,MATLAB文章编号:1008-0570(2008)04-1-0186-031引言温度的测量广泛应用于工业化生产、国防、科研等领域,因此研究温度的测量方法和测温装置具有重要的意义。
基于PT100的温度测量系统设计-毕业论文
开题信息摘要根据要求设计一个基于STC12C5A60S2单片机处理,PT100为传感器的温度测量系统。
在本设计中,是以铂电阻PT100作为温度传感器,采用恒流测温的方法,通过单片机进行控制,以LM358作为信号放大,用ADC0832进行温度信号转换。
利用3位共阳数码管作为温度显示。
采用了两线制铂电阻温度测量电路,通过对电路的设计,减小了测量电路及PT100自身的误差,使温控精度在0℃~100℃范围内分辨率为1℃。
本设计简单实用,具有外围电路简洁,可靠性高等优点。
主要由电源电路,单片机复位电路,单片机晶振电路,,ADC0832转换电路,铂电阻PT100及3位共阳数码管组成系统,编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。
该系统的特点是:使用简便;测量精确、稳定、可靠;测量范围大;使用对象广.目录1 设计要求1.1任务要求2 系统方案设计2。
1总系统方案2.1.1电源系统2.1.2温度检测与处理2。
1。
3模数转换2.1.4温度显示2。
1。
5信号放大部分2。
2系统方案图3 硬件设计3。
1温度检测模块的设计3。
1.1PT100温度传感器简介3.1。
2温度检测及信号处理电路3.2模数转换3.2.1 ADC0809简介3.2.2模数转换电路图3.3 3位共阳数码管的显示电路的设计3。
3。
1 LED数码管编码3.3。
2 LED数码管显示方式选择4 软件设计4。
1程序设计语言的选用4.2软件程序的设计4.2。
1总体程序流程4。
2。
2温度信号采集处理 125 系统调试结论参考文献附录A系统总电路图附录B元件清单附录C系统源程序1 设计要求1。
1任务要求单片机实现测量温度检测范围0~100 °C,分辨率1°C。
硬件要求;采用的温度传感器为PT100,单片机STC12C5A60S22 系统方案设计2.1总系统方案该设计由四部分组成:电源系统,温度检测与处理,模数转换,温度显示。
测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值,转换为容易测量的电压值,经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机STC12C5A60S2,单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值,并将数据送出到数码管进行显示。
PT100 铂热电阻测温实验
实验二十四 PT100 铂热电阻测温实验实验知识储备1.铂热电阻工作原理铂热电阻元件作为一种温度传感器,其工作原理是在温度作用下,铂电阻丝的电阻值随着温度的变化而变化。
温度和电阻的关系接近于线性关系,偏差极小且随着时间的增长,偏差可以忽略,具有可靠性好、热响应时间短等优点,且电气性能稳定。
铂热电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。
铂热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装绕制好的铂热电阻丝脱胎线圈制成感温元件,由于感温元件可以做得相当小,因此它可以制成各种微型温度传感器探头。
可用于-200~+420℃范围内的温度。
2.PT100 设计参数PT100 铂电阻A 级在0℃时的电阻值R0=100±0.06 Ω;B 级R0=100±0.12 Ω,PT100铂热电阻各种温度对应阻值见分度表23-1。
PT100R 允许通过的最大测量电流为5mA,由此产生的温升不大于0.3℃。
设计时PT100上通过电流不能大于5mA。
图2-1-1铂电阻的温度特性实验目的1.通过自行设计热电阻测温实验方案,加深对温度传感器工作原理的理解。
2.掌握测量温度的电路设计和误差分析方法。
实验内容1.设计PT100 铂热电阻测温实验电路方案;2.测量PT100 的温度与电压关系,要求测温范围为:室温~65℃;温度测量精度:±2℃;输出电压≤4V,输出以电压V方式记录。
3.通过测量值进行误差分析。
实验步骤1、完成系统方案设计;实验方案初步设定为如下:图2-实验方案电路图电阻阻值计算:考虑图中电路,当铂电阻变化ΔR时,电桥电压:ΔU=E2−R3ER3+R0+ΔR0=EΔR02(R3+R0+ΔR0),只有当R3取很大时才能保持线性。
故取R3为350欧姆,R1和R2以及电位器选用仪器上的变阻器,通过调整使节点1和节点2对应的电压差为零,这样当铂电阻受温度的影响发生变化时就会引起节点间的电压差,在实验时,考虑到差动放大器可以临时调节放大倍数,所以此处放大器只作为更进一步调节的备用元件。
PT100铂热电阻测温实验
PT100铂热电阻测温实验(预习报告)一、实验原理1.铂热电阻工作原理铂热电阻的电阻值可以随温度而上升,因而可以用来测量温度。
铂电阻用来测量温度有很多其它金属所无法比拟的优点:温度和电阻的关系接近于线性关系,偏差极小,且性质稳定,不随时间和化学环境的变化而有明显的变化,可靠性好,热响应时间短。
PT100铂热电阻是指该电阻在0摄氏度的时候电阻值为100欧。
2.实验设计电路目前使用铂热电阻测量温度的主要方法有电桥式和恒流源式,目前用于气象温度测量的主要是恒流源式的方法。
因为本实验的目的主要在于探究铂电阻在测温中的应用,所以在这里我把两种方案都讨论一下。
首先是恒流源式的铂电阻测温电路,其基本原理如图1所示图1恒流源式铂电阻测温电路恒流源与铂电阻组成电流回路,放大器和铂电阻组成电压回路。
电流回路中的电流是恒定的,当铂电阻的电阻值随温度发生变化时,其两端的电压会发生相应的变化,放大器是输入阻抗极大的集成电路,因此电压回路中的电流极小,铂电阻两端的电压可以经过很长的导线传输而几乎没有损失,消除了导线电阻的影响,放大器的输出经过A/D转换器即可转换为相应的数字信号。
在这种检测电路中,对恒流源以及A/D转换电路参考电压的准确度和稳定性要求比较高,会给最后的温度测量带来一定的误差。
如图2 所示为我设计的恒流源图2我设计的恒流源1该恒流源输出可调,可以控制测量系统的灵敏度,输入输出关系为I out =V in −0.7R 1推导过程:由于运算放大器处于深度负反馈状态,所以有Vin=V1,三极管上压降大约为0.7V ,所以V2=Vin -0.7,由此流过电阻的电流为I e =V in −0.7R 1由于三极管的射极电流和集电极电流大致相等,所以有I out ≈I e =V in −0.7R 1上图所示的电路中输入电压在10V 的时候,输出电流为5mA 。
虽然上图中所示电路较为精确,不过因为输出没有接地,所以电压是浮空的。
基于PT100热敏电阻的数字温度计
嵌入式设计基于热敏电阻的数字温度计设计院(系) 专 业 班 级 指导老师 学生姓名 成 绩2015年 7月 10日目录第一章绪论 (1)第二章设计要求及构思 (1)2.1设计要求 (1)2.2设计构思 (2)第三章总体程序流程图 (3)第四章原理框图 (4)4.1PT100铂热电阻: (4)4.2信号放大电路 (4)4.4主芯片电路图 (6)4.5 四位数码管 (7)第五章仿真电路图 (8)第六章心得体会 (10)参考文献 (11)附录程序代码 (12)第一章绪论随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下几种方法:1,利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2,利用热电效应技术制成的温度检测元件3,利用热阻效应技术制成的温度计4,利用热辐射原理制成的高温计5,利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。
将输出的微弱电压信号通过OP07放大,将放大后的信号输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思2.1设计要求1.系统硬件设计(1)使用热敏电阻PT100;(2)单片机采用MCS51系列;(3)LED数码管显示温度。
2.系统软件设计(1)温度可以通过PT100热敏电阻实调程序;(2)AD转换芯片检测温度的模拟量程序;(3)LED显示程序;3.系统功能(1)测量温度范围−50℃~110℃;(2)精度误差小于0.5℃;(3)LED数码管显示。
Pt100铂电阻测温特性实验.
实验三十Pt100铂电阻测温特性实验一、实验目的:在实验二十九的基础上了解P t100热电阻—电压转换方法及P t100热电阻测温特性与应用。
二、基本原理: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(500℃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内构成,图30—1是铂热电阻的结构。
在0~500℃以内,它的电阻R t与温度t的关系为:R t=R o(1+At+Bt2),式中: R o系温度为0℃时的电阻图30—1铂热电阻的结构值(本实验的铂电阻R o=100Ω)。
A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2。
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,如图30—2所示。
图30—2热电阻信号转换原理图图中△V=V1-V2;V1=[R3/(R3+R t)]V c;V2=[R4/(R4+R1+R W1)]V c;-V2={[R3/(R3+R t)]-[R4/(R4+R1+R W1)]}V c;△V=V1所以Vo=K△V= K{[R3/(R3+R t)]-[R4/(R4+R1+R W1)]}V c。
式中R t随温度的变化而变化,其它参数都是常量,所以放大器的输出Vo与温度(R t)有一一对应关系,通过测量Vo可计算出R t:Rt=R3[K(R1+R W1)V c-(R4+R1+R W1)V o]/[KV c R4+(R4+R1+R W1)V o]。
P t100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上,适用于测量、控制<600℃的温度。
基于铂电阻的数字温度计设计(含c语言程序)
基于铂电阻的数字温度计设计1、硬件设计根据测试系统所要求的测量范围,选用的传感器为铂电阻PT100,Pt100的测量范围是-200到850,单片机选用80C51,AD转换芯片选择AD574。
2、铂电阻PT100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供计量和校准使用。
PT100的温度/电阻曲线如图1所示。
图1按IEC751国际标准,温度系数TCR=O.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)为统一设计型铂电阻。
TCR=(R100一R0)/(R0×100)。
PT100与PT1000的标准阻值如表1所示。
温度/电阻特性公式如下:-200<0℃Rt="R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0<850℃Rt="R0(1+At+Bt2]其中Rt在t℃时的电阻值,R0在0℃时的电阻值3、测温电路测量范围为0~100℃的线性化、宽温域的Pt100测温电路。
电路图2所示电路有电压基准电路、线性化电路、差分放大电路和A/D转换电路组成。
电压基准电路有精密基准源LM199、电阻R1和电压跟随器A1构成,产生V R=6.855V的基准电压。
该基准一方面作为线性化电路的输入,另一方面经分压后得到V a=287.1mV的补偿电压。
实际应用时用二次多项式表示铂电阻的阻值与温度的关系,即R t =R 0(1+3.9684*10-3t+5.8458*10-7t 2) (1.1)线性化电路有A 2及外围电阻构成,R T 是铂电阻,R 是补偿电阻,R F =R f ,由电路可得2T o R T R V V R R=-(1.2)要使V o2与温度成线性关系,必须使0222=dtV d o即有2222/T TT dR d R R R dt dt ⎛⎫=- ⎪⎝⎭(1.3) 将式(1.1)代入式(1.3)得212001020233a R R R a R t a R ta =---在温度0℃~100℃的范围内对R 求平均值。
实验三Pt100铂电阻测温特性实验
实验三Pt100铂电阻测温特性实验一、实验目的:了解铂热电阻的特性与应用。
二、基本原理: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,它的电阻R t与温度t的关系为:R t=R o(1+At+Bt2),式中: R o系温度为0℃时的电阻值(本实验的铂电阻R o=100Ω)。
A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2。
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。
三、需用器件与单元:主机箱、温度源、P t100热电阻(二支)、温度传感器实验模板、万用表(自备)。
温度传感器实验模板简介:图1中的温度传感器实验模板是由三运放组成的差动放大电路、调零电路、ab传感器符号、传感器信号转换电路(电桥)及放大器工作电源引入插孔构成;其中RW2为放大器的增益电位器,R W3为放大器电平移动电位器;ab传感器符号<接热电偶(K热电偶或E热电偶),双圈符号接AD590集成温度传感器,Rt接热电阻(P t100铂电阻或Cu50铜电阻)。
具体接线参照具体实验。
四、实验步骤1、用万用表欧姆档测出Pt100三根线中其中短接的二根线(同种颜色的线)设为1、2,另一根设为3,并测出它在室温时的大致电阻值。
2、在主机箱总电源、调节仪电源都关闭的状态下,再根据图1示意图接线,温度传感器实验模板中a、b(Rt)两端接传感器,这样传感器(R t)与R3、R1、R w1、R4组成直流电桥,是一种单臂电桥工作形式。
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技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》嵌入式与SOC基于铂电阻PT100的隔离测温仪设计A design of isolated thermoscope based on platinum resistance(许继集团有限公司)马国红金雷MA Guo-hong JIN Lei摘要:介绍了一种基于铂电阻PT100的隔离测温仪的实现方案。
采用三线制恒压源驱动铂电阻PT100,使不同的电阻阻值在运放的两个输入端产生不同电压差,经运放放大后输入线性光耦,隔离后的信号经AD 转换为数字信号,送给CPU 进行处理。
本系统精度高、性能稳定,适合工业领域对精度要求高、测试条件恶劣的温度测量。
关键词:PT100;铂电阻;线性光耦;线性隔离中图分类号:TM764.1文献标识码:BAbstract:A new implemented scheme on PT100isolated thermoscope is introduced.Platinum resistance PT100is drived by constant voltage source of three wire system,different resistance value produce different voltage on two input terminal of operational amplifier,the out of value is inputed into linear optocoupler,then is converted into digital signal,the digital signal is processed by CPU.The design,characteristic of its high temperature precision and performance stability,is fit for situations requiring high temperature preci -sion and extremely hard conditions.Keywords:PT100;Virtual instrument;linear optocoupler;linear isolate文章编号:1008-0570(2012)10-0216-021引言温度测量在工业控制、电力、采矿、化工、医疗等现代化建设中各个领域得到广泛应用,但是在有些特殊领域不仅要求测量精度高,而且测试环境非常恶劣,常规的温度感应元件会失效或会大大降低使用寿命,常规的测试仪因为没有实现温度采集单元与数据处理显示单元的隔离而频遭损坏、电击等,如变压器测量中不仅测量变压器环境温度,还要求测量油箱中底层油温和顶层油温。
本文论述了基于PT100测温系统硬件设计方案,并对设计各部分的工作原理作了详细的阐述。
该测温系统不仅测量精度高,性能稳定,而且实现测温单元与后级电路隔离,适合要求精度高、特定场合的温度测量。
2系统硬件设计部分该系统主要由6个单元构成,分别为温度采集单元、桥式测温单元、线性隔离单元、后级放大单元、AD 转换、数据处理单元组成。
硬件原理框图如图2-1所示:图2-1原理框图其中,温度采集单元由温度感测器PT100及相关电路组成,根据PT100的电阻和温度成一定函数关系的特征,即随温度的上升而电阻值也跟着上升,在不同的温度下,PT100电阻阻值的不同;桥式测温回路根据电桥两个输入端电阻值不同而产生电压差,经放大后在输出端产生不同的电压;线性隔离单元使用线性光耦HCNR201,将桥式测温回路的输出电压与后级电路隔离,以达到保护后级电路的目的,隔离后电压值再经过运放放大;后级放大回路选用运放OPA365,为了消除由于电源电压的压降而将放大倍数选为0.9;AD 转换单元采用CPU 自带的AD 转换模块,将放大后模拟量转化为数字量;数据处理单元采用集成M3核的LM3S2793芯片,芯片自带10位的AD 转换模块。
下面对这各部分进行比较详细的阐述。
2.1电阻式温度检测器PT100PT100是由铂金作成的电阻式温度传感器,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。
PT100属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro 为100Ω(在0℃的电阻值),T 为摄氏温度,PT100具有其他任何温度传感器无可比拟的优越性:精度高;测量范围大;稳定性好,具极好的耐腐蚀性,可以在各种介质中工作;抗结垢性好;寿命长久等,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。
PT100测温的本质是测量传感器的电阻,然后将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度。
本系统是将电阻的变化转换成电压信号的模式。
由于铂电阻的电阻值与温度之间是非线性关系,所以通常需要进行非线性校正。
校正分为模拟电路校正和CPU 的数字化校正,模拟校正精度不高且易受温漂等干扰因素影响;数字化校正最好的方法是查表法,将PT100的电阻值和对应的温度做成表格存入FLASH 等存储单元中,测温时根据CPU 检测到的不同电压值查找对应的温度。
2.2桥式测温电路桥式测温回路如图2-2所示,通常的应用有两线制接法和三线制接法,本系统采用三线制接法。
马国红:工程师学士216--技术创新嵌入式与SOC您的论文得到两院院士关注图2-2三线制桥式测温电路电路中T1为三端可编程并联稳压二极管TL431,稳压管T1和电阻R21、R22组成稳压参考电压电路,用于产生4.096V 的参考电压,之所以需要稳压参考电压,是因为电桥的正电源必须接稳定的参考基准,而供电电源通常会有压降。
TL431可通常用于需要非标准参考电压电路中,参考电压,这里为TL431参考端相对于的电压。
电阻R1、R2、R61、R66及PT100组成测量电桥,其中R1与R2相等,当PT100的电阻值与R61、R66并联后的电阻值不相等时,电桥两输出端就会输出一个毫伏级的电压压差,此压差信号经运放U1的18倍放大后作为后级电路的输入。
运放U1、电阻R11、R12、R31、R32组成差动负反馈放大电路,其中R11=R12、R31=R32,放大倍数=R32/R12。
放大倍数可以通过调整R32/R12比值进行调整,本系统放大倍数为18,若R61、R66并联后的电阻为,,则经过桥式测温电路后的输出电压为:运放U1选用OP27GP 。
2.3线性隔离及放大回路线性隔离放大回路主要由线性光耦OP1及前后级运放回路组成,如图2-3。
图2-3线性隔离回路OP1为线性隔离光耦HCNR201,光耦由一个发光二极管A 和两个相邻且匹配的光敏二极管B 、C 构成,当电流流过发光二极管A 时,A 发出的光就会被耦合到两个光敏二极管B 和C,从而光耦输出端产生与发光强度成正比的电流。
回路工作时,当输入电压V in =0V 、线性光耦原边输入电流I F =0mA 时,运放U6有一个大的开环增益值。
随着输入电压V in 电压值的升高,运放U6输出管脚开始有输出,随着U6输出电压的增大,光耦OP1原边发光二极管电流I F 也开始由0慢慢增大,此时光耦原边发光二极管进入工作状态,副边两个光敏二极管B 和C 由于受到原边发光二极管A 所发光的照射而导通,产生检测电流。
假设流过两个光敏二极管的电流分别为I B 、I C ,由于光耦原边发光二极电流I F 的增大而使光敏二极管B 检测电流I B 不断增大,从而使运放U6输入管脚2、3间点电压差逐渐减小,在此电压差不等于0V 之前,I F 就会不断增大,从而使I B 不断增大,直至U6的2、3管脚间电压差等于0V,I F 就不再增大,此时I B 完全流过电阻R46,从而有,由此可以得到:I B 只决定于U6输入电压V in 和电阻R46,而不是决定于发光二极管A,当发光二极管A 的光强度变化时,运放U6将调节I F 的大小,而使I B 保持不变。
由可以看到,I B 和V in 成正比例关系。
由于I B 保持不变,且I B 和V in 成线性关系,I F 和V in 也成线性,而光耦发光二极管A 发的光被两个光敏二极管B 、C 接收,因此I c 也和输入电压V in 也成线性。
假设K 为传输增益,则:K=I B /I B 。
在由U11、R51组成的后级放大电路中,输出电压AOUT1=I c *R51。
因此有AOUT1/V in =K*(R51/R46),则:AOUT1=K*(R51/R46)*V in通过调节(R51/R46)的比值,可以调节输入和输出之间的放大倍数。
2.4AD 转换及数据处理本系统选用LM3S2793做为CPU,LM3S2793接口丰富,价格低廉,LM3S2793自带128KB 片内Flash 和64KB 片内SRAM,对于本系统来说已经足够使用,不用再外挂Flash 和RAM,LM3S2793自带16路10位AD 转换模块,不必再加AD 转换芯片。
CPU 主要实现的功能有模拟信号采集,AD 转换,然后对数据进行处理,算法原理如下:对于温度信号对应的电压采样值,连续采样n 次,将其累加求和,同时找出其中最大值和最小值,再从累加和中减去最大值和最小值,按n-2个采样值求平均,即有效采样值。
根据采集到的采样值用查表法查到对应的温度,将温度值送到液晶屏显示。
之所以用查表法是为了减小温度测量误差,由PT100的特性可知,虽然PT100的线性度比较好,但是其温度—电阻函数关系并非线性的,若由CPU 运算不但占用资源和时间,而且得出的结果误差大,而采用查表和线性插值算法进行标度变换的方法计算出温度,不仅运算快、占用单片机内部资源少,而且可以一定程度上对PT100进行线性化校正,从而达到非常精确的测温效果3试验验证用高精度电阻箱(误差5ppm)代替PT100对本测温系统进行检测试验。
通过改变电阻箱的取值来模拟被测温度的变化,不同的阻值经过测温系统检测转换为电压信号、经线性光耦隔离、A/D 转换及CPU 程序计算、滤波,得到测量温度显示值。
然后根据PT100的电阻-温度关系式R=Ro(1+αT),计算出电阻箱相应电阻值所对应的温度,测量温度数据及电阻箱电阻值理论对应温度如表3-1所示,由表可知本系统测量精度非常高,误差最大0.044℃,平均误差0.01℃。
表3-1实测温度与理论温度对照表4结论本文创新点:介绍了一种基于铂电阻PT100的线性隔离测温系统硬件设计的实现方案,测温系统通过线性光耦使前级温度检测部分与后级电路隔离,从而提高测温系统的抗干扰性。