基于OPC和模糊控制的

基于温度控制系统的传感器环节

作者姓名：雷腾

指导教师：尤富强

学院专业：信息学院自动化

班级学号：1109 20113648

课程设计（论文）任务书

摘要

目录

1温度控制系统

1.1温度控制系统简介

温度控制系统的是基于计算机控制的基础上进行具体改善。典型计算机控制系统结构如图1-1。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。

图1-1 计算机控制系统典型结构图

本次课程设计所用的仪器为温度控制装置。实现对烤箱的温度控制。在计算机基本原理的基础上。应用智能调压器对部分模块进行供电。智能调压模块控制端链接一个1-5V的控制电压来控制智能调压模块。在课程设计中，我们主要研究反馈环节。被控对象为烤箱内的温度。烤箱内接PT100进行检测，输出为一个电压信号，通过运算放大将信号变为0-5V并且送入到板口上的A/D转换器中进行计算机控制。

1.2温度控制系统组成

通过分析得出，此系统为闭环控制系统。温度控制系统的组成分为硬件和软件两个方面。

根据上图结合实际情况进行分析，温度控制系统的硬件包含以下3个部分（1）过程装置。包括被控对象、执行机构和测量变送装置。

（2）输入输出通道。包括过程通道和总线接口。

（3）计算机系统。包括计算机和外部设备。

根据实际情况，此系统的软件包括组态王和Matlab以及Mulsitim。

1.3温度控制系统的工作方式

电阻炉炉温计算机控制系统如图1-2

图1-2 炉温计算机控制系统

炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），在经变送器变成标准信号（1-5V）从现场进入控制室，经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的给定温度比较，得到偏差信号。该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，在经过D/A将该数字量控制信号转换成模拟量。控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流220V电压进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的。电鱼两端电压的高低决定了电阻的加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。

2传感器

2.1传感器简介

传感器部分为测量变送装置。测量由热电阻pt100进行测量。变送环节由芯片INA125进行转换，将电压信号转换为0-5V。在通过ADC将信号送入到计算机。

2.2传感器组成

如图2-1，可以清楚的看出，传感器主要由PT100和INA125组成。

图2-1 传感器元件图

2.2.1热电阻PT100

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。

PT100温度分布表如图2-2所示。

图2-2 PT100温度分布表

2.2.2放大器INA125

INA125是一个低功耗，高精度仪表放大器。具有精密基准电压特性。他提供了完整桥式励磁和精密级别不同的输出，并且放大在单一集成电路。其结构图如图2-3。

图2-3 INA125结构图

其内部具有桥式电路，其作用是提高精度等级。使得芯片的规格VS = ±15V 或VS = +5V。在上图13、14、15端口接入时，相当于接入不同的上拉电阻。

2.3传感器的工作原理

测量变送的第一个过程是检测被控对象，也就是检测温度的变化。需要用到的仪器为PT100温度传感器。而ina125主要起运算放大作用，在这里不做具体研究。

下面为大家介绍PT100的工作原理。

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。

铂热电阻的温度特性.在0~850℃范围内

Rt=R0(1+At+Bt2)

在-200~0℃范围内

Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]

式中A,B,C的系数各为:

A=3.90802×10^-3℃-1

B=-5.802×10^-7℃-2

C=-4.27350×10^-12℃-4

由于高次项的系数比较小，可以忽略不计。故我们把实际的PT100测温曲线看作为线性关系。得到下图2-4。

图2-4 pt100温度曲线图

3对传感器硬件部分进行仿真

3.1分析设计电路图

如图2-1，我们对传感器硬件部分进行分析。

温度由PT100温度传感器进行传输，传输到电路板上。而电路板上的元件主要以INA125为核心进行设计。其构造组成为：pt100（Z20），电源（Z24），ADC（Z22),电容（C21,C20),电阻(R23），电位计（P20,P21) 。根据电路设计工艺要求，设计出如图3-1的电路图。

图3-1 温度测量电路电路图

INA125为一个运算放大器。.根据温度测量电路图分析就会方便很多。运算放大器的输入为PT100的测量值的电压信号。需要加入R23作为上拉电阻。可以对输出信号做一个精准的矫正，通过放大器INA125，则输出为0-5V电压传输到A/D转换器上。