PT100铂热电阻温度检测装置设计
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本系统由 Pt100 铂电阻检测，经温度信号放大和数字处理变成统一的标准信号后送 给显示仪表，且将显示值记录下来，送到控制单元，在此与温度设定值进行比较，并进 行比例(P)，积分(I)以及微分(D)运算后，其输出经放大器放大，推动执行机构，以脉宽 的形式控制执行机构电压的平均值，从而达到自动控制温度的目的。
第 2 章 铂电阻测温系统工作原理
2.1 信号采集电路设计
温度测量系统在单片机系统设计中应用广泛，根据单片机系统设计要求的不同，温 度测量系统的设计也有所不同，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件 的[2]。本系统选用 PT100 铂热电阻作为温度信号采集元件，来进行温度测量系统设计。 硬件组成主要包括恒流源电路、电压放大、单臂桥式电路、A/D 转换接口电路、光耦隔 离电路、液晶显示电路 5 个组成部分。
-1-
电气与信息工程学院《检测系统》课程设计说明书
2.1百度文库1 恒流源电路
恒流源电路如图 2.1 所示。其中芯片 OP07 为运算放大器，它和 5 个电阻组成恒流 源电路，在 VIN+处输出 1mA 的工作电流。图中 DGND=5V，VMC=0V，有 4 个节点分
Keywords: Pt100 Platinum resistance ；three-wire； sensor；Amplifying circuit； Voltage follower
I
电气与信息工程学院《检测系统》课程设计说明书
目录
第 1 章 概述............................................................................................................................................ 1 第 2 章 铂电阻测温系统工作原理.................................................................................................. - 1 -
第 3 章 系统软件设计 ........................................................................................................................ - 6 -
3.1 系统流程图................................................................................................................................. - 6 3.2 软件设计..................................................................................................................................... - 7 -
第 4 章 仿真电路及实物设计........................................................................................................... - 9 -
4.1 仿真电路图................................................................................................................................. - 9 4.2 实际温度测试........................................................................................................................... - 10 -
参考文献 .................................................................................................................................................... 12 致谢.............................................................................................................................................................. 13 附录 1 .......................................................................................................................................................... 14 附录 2 .......................................................................................................................................................... 14
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， 准确地测量和控制温度，对于新材料的研究与生产，获得正确的科研数据和保证产品质 量都是十分重要的。无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面， 温度测量和控制都是极为重要的课题[1] 。温度是表征物体冷热程度的物理量,在工业生 产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数。在工业控制过程中需要对控制对象 进行温度监测,防止控制对象由于温度过高而损坏,因此温度的实时监测就显得更加重要。 对温度的实时监测有利于对控制对象的及时检查、保护,并及时调整温度的高低。根据控 制系统设计要求的不同,温度监测系统的设计也有所变化,有采用集成芯片的,也有采用恒 流源器件和恒压源器件的。因铂热电阻具有测量范围大,稳定性好,示值复现性高和耐氧 化等优点,该系统采用 Pt100 铂热电阻作为温度感测元件,进行温度传感器的设计与实现 [2-3]。在设计中,将电压信号转换为标准的 4～20mA 电流信号,既省去昂贵的补偿导线, 又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。PT100 铂热电阻的阻值随着温度的变化 而变化，利用这一特点来采集温度信号，将采集到的信号转换成电压信号；再经过 A/D 转换成数字信号并由单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理， 并换算成与温度对应的数字信号，最后再由液晶显示器显示输出温度值。
4.2.1 PT100 的线性化处理 ................................................................................................... - 10 4.2.2 实际电路图 .................................................................................................................. - 10 -
2.1 信号采集电路设计..................................................................................................................... - 1 2.1.1 恒流源电路..................................................................................................................... - 2 2.1.2 单臂桥式电路................................................................................................................. - 2 2.1.3 电压放大及 A/D 转换接口电路 ..................................................................................... - 3 2.1.4 光耦隔离电路................................................................................................................. - 4 2.1.5 单片机控制与液晶显示接口电路 ................................................................................. - 5 -
电气与信息工程学院 《 检测系统 》课程设计说明书
题 目： 作 者： 专业班级： 指导教师： 职 称：
热电阻温度检测装置设计 沈韬 4140211118 14 电气本（1）班 蔡璐璐 副教授
2017 年 1 月 6 日
电气与信息工程学院《检测系统》课程设计说明书
摘要
针对课程设计中温度检测的要求，设计并实现了一种三线制 Pt100 温度传感器。 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 放大电路对电压信号进行放大， 再将电压信号转换为标准的电流信号输出。 在 A/D 温 度采集时， 利用精密电流电压转换芯片， 将电流信号转换为标准的电压信号。 实践证 明， 该传感器有较高的稳定性和灵活性， 性能良好且容易实现， 成本低， 值得推广 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， amplifying voltage signal through two-stage amplifier circuit and then converting the voltage signal into standard current signal output. I n the A / D acquisition， using precise current and voltage conversion chips， 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 .
第 2 章 铂电阻测温系统工作原理
2.1 信号采集电路设计
温度测量系统在单片机系统设计中应用广泛，根据单片机系统设计要求的不同，温 度测量系统的设计也有所不同，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件 的[2]。本系统选用 PT100 铂热电阻作为温度信号采集元件，来进行温度测量系统设计。 硬件组成主要包括恒流源电路、电压放大、单臂桥式电路、A/D 转换接口电路、光耦隔 离电路、液晶显示电路 5 个组成部分。
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2.1百度文库1 恒流源电路
恒流源电路如图 2.1 所示。其中芯片 OP07 为运算放大器，它和 5 个电阻组成恒流 源电路，在 VIN+处输出 1mA 的工作电流。图中 DGND=5V，VMC=0V，有 4 个节点分
Keywords: Pt100 Platinum resistance ；three-wire； sensor；Amplifying circuit； Voltage follower
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目录
第 1 章 概述............................................................................................................................................ 1 第 2 章 铂电阻测温系统工作原理.................................................................................................. - 1 -
第 3 章 系统软件设计 ........................................................................................................................ - 6 -
3.1 系统流程图................................................................................................................................. - 6 3.2 软件设计..................................................................................................................................... - 7 -
第 4 章 仿真电路及实物设计........................................................................................................... - 9 -
4.1 仿真电路图................................................................................................................................. - 9 4.2 实际温度测试........................................................................................................................... - 10 -
参考文献 .................................................................................................................................................... 12 致谢.............................................................................................................................................................. 13 附录 1 .......................................................................................................................................................... 14 附录 2 .......................................................................................................................................................... 14
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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， 准确地测量和控制温度，对于新材料的研究与生产，获得正确的科研数据和保证产品质 量都是十分重要的。无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面， 温度测量和控制都是极为重要的课题[1] 。温度是表征物体冷热程度的物理量,在工业生 产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数。在工业控制过程中需要对控制对象 进行温度监测,防止控制对象由于温度过高而损坏,因此温度的实时监测就显得更加重要。 对温度的实时监测有利于对控制对象的及时检查、保护,并及时调整温度的高低。根据控 制系统设计要求的不同,温度监测系统的设计也有所变化,有采用集成芯片的,也有采用恒 流源器件和恒压源器件的。因铂热电阻具有测量范围大,稳定性好,示值复现性高和耐氧 化等优点,该系统采用 Pt100 铂热电阻作为温度感测元件,进行温度传感器的设计与实现 [2-3]。在设计中,将电压信号转换为标准的 4～20mA 电流信号,既省去昂贵的补偿导线, 又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。PT100 铂热电阻的阻值随着温度的变化 而变化，利用这一特点来采集温度信号，将采集到的信号转换成电压信号；再经过 A/D 转换成数字信号并由单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理， 并换算成与温度对应的数字信号，最后再由液晶显示器显示输出温度值。
4.2.1 PT100 的线性化处理 ................................................................................................... - 10 4.2.2 实际电路图 .................................................................................................................. - 10 -
2.1 信号采集电路设计..................................................................................................................... - 1 2.1.1 恒流源电路..................................................................................................................... - 2 2.1.2 单臂桥式电路................................................................................................................. - 2 2.1.3 电压放大及 A/D 转换接口电路 ..................................................................................... - 3 2.1.4 光耦隔离电路................................................................................................................. - 4 2.1.5 单片机控制与液晶显示接口电路 ................................................................................. - 5 -
电气与信息工程学院 《 检测系统 》课程设计说明书
题 目： 作 者： 专业班级： 指导教师： 职 称：
热电阻温度检测装置设计 沈韬 4140211118 14 电气本（1）班 蔡璐璐 副教授
2017 年 1 月 6 日
电气与信息工程学院《检测系统》课程设计说明书
摘要
针对课程设计中温度检测的要求，设计并实现了一种三线制 Pt100 温度传感器。 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 放大电路对电压信号进行放大， 再将电压信号转换为标准的电流信号输出。 在 A/D 温 度采集时， 利用精密电流电压转换芯片， 将电流信号转换为标准的电压信号。 实践证 明， 该传感器有较高的稳定性和灵活性， 性能良好且容易实现， 成本低， 值得推广 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， amplifying voltage signal through two-stage amplifier circuit and then converting the voltage signal into standard current signal output. I n the A / D acquisition， using precise current and voltage conversion chips， 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 .