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PT100温度传感器的应用
发布者:bandian     发布时间:2016-07-04 02:33:27     浏览次数:0

           PT100温度传感器这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 850℃ 的范围.本电路选择其工作在 -19℃ 至 500℃ 范围.整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分.b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

前置放大部分原理图如下:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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工作原理:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

按照 PT100 的参数,其在 0℃ 到 500℃ 的区间内,电阻值为 100 至 280.9Ω,我们按照其串联分压的揭发,使用公式:Vcc/(PT100+3K92)* PT100 = 输出电压(mV),可以计算出其在整百℃时的输出电压,见下面的表格:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

温度 ℃b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

PT100 阻值 Ωb0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

传感两端电压 mVb0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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           单片机的 10 位 A/D 在满度量程下,最大显示为 1023 字,为了得到 PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压,必须对传感器的原始输出电压进行放大,计算公式为:(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ,(Vcc=系统供电=5V),可以得到放大倍数为 10.466 。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商
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关于放大倍数的说明:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商
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           有热心的用户朋友询问,按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果,而是得到 11.635的结果。实际上,500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的,自然得到的数字仅仅为 450 个字,因此,公式中的 500℃ 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其实,计算的方法有多种,关键是要按照传感器的 mV/℃ 为依据而不是以被测温度值为依据,我们看看加上非线性校正系数:10.47*1.1117=11.639499 ,这样,热心朋友的计算结果就吻合了。运算放大器分为两级,后级固定放大 5 倍(原理图中 12K/3K+1=5),前级放大为:10.465922/5=2.0931844 倍,为了防止调整时的元器件及其他偏差,使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调,可以保证比较准确地调整到所需要的放大倍数(原理图中 10K/(8K2+Rw)+1)。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           通常,在温度测量电路里,都会有一个“调零”和另一个“调满度”电位器,以方便调整传感器在“零度”及“满度”时的正确显示问题。本电路没有采用两只电位器是因为只要“零度”调整准确了,就可以保证整个工作范围的正确显示,当然也包括满度时的最大显示问题了。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           那么,电路中对“零度”是如何处理的呢?它是由单片机程序中把这个“零度”数字直接减掉就是了,在整个工作范围内,程序都会自动减掉“零度”值之后再作为有效数值来使用。当供电电压发生偏差后,是否会引起传感器输入的变化进而影响准确度呢?供电变化后,必然引起流过传感器的电流发生变化,也就会使传感器输出电压发生变化。可是,以此同时,单片机的供电也是在同步地接受到这种供电变化的,当单片机的 A/D 基准使用供电电压时,就意味着测量基准也在同步同方向发生变化,因此,只要参数选择得当,系统供电的变化在 20% 之内时,就不会影响测量的准确度。(通常单片机系统并不允许供电有过大的变化,这不仅仅是在温度测量电路中的要求。)b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商
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后级单片机电路的原理图如下:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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           从传感器前置放大电路输出的信号,就送入到 HT46R23 的 A/D 转换输入端口(PB0/AN0),由单片机去进行各种必需的处理。首先是进行软件非线性校正,把输入信号按照不同的温度值划分为不同段,再根据其所在的段分别乘以不同的补偿系数,令其与理论值尽量接近,经过非线性校正的数字,才被送去进行显示,比较用户设定的控制值等等。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商
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           各段的非线性补偿系数见下列表格(仅仅列出主要段的数据,非全部表格内容):b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

传感电压b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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mV/℃b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

内部AD读数b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

校正系数b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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供电电阻=3K92±1%,供电电压=5.000V±1%b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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           本电路还有一个特点,就是用户可以在工作范围内,任意设定 3 个超限控制值。当测量显示值大于设定值的时候,对应的控制端口就会输出高电平。利用这个高电平信号,再外接一级三极管驱动继电器的电路,就可以实现自动控制。在某一个控制端口输出高电平的同时,与之串联的 LED 发光管会同时点亮,以便提示使用者是哪一个设定值在输出控制信号。电路中的 24C02 是电存储器,可以把使用者设定的控制值可靠地保存起来,即使掉电也不会丢失数据。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           电路图中还有 3 只按键,它们分别是“设定”、“加置数”和“减置数”操作按键,用于使用者进行超限值的设置。使用方法如下:b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           按动一下设定键,屏幕显示“1--”,表示现在进入第一个超限值的设置,三秒后屏幕自动跳转到显示“***”并闪烁(*** 代表原来电存储器里储存的超限数值),然后,按压加数键(或减数键),屏幕上的最低位的数字就会加一(或减一),如果按住按键三秒以上不放开,屏幕上的前两位数字就会快速进行加数(或减数)。把屏幕上的数字调整到所需要的数字后,这个超限值就设置完成了。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           接着,再按动一下设定键屏幕显示“2--”,表示现在进入第二个超限值的设置,三秒后屏幕自动跳转到显示“***”并闪烁....,接下来的操作与第一个超限值的操作完全一样。第三个超限值的设置与上面两个完全一样。当设置好 3 个超限值之后,还必须最后按动一下设定键,退出设定状态而返回正常工作状态。如果忘记了这最后一次按动退出的操作,程序就会等待 10 秒之后,自动返回正常工作状态。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

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简易调试方法:
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           可以使用 100Ω 的电阻来模拟 PT100 在 0℃ 的阻值,接入传感器输入端,看看显示是否 =000,如果不对,可以调整微调电位器来达到;然后用一只 281Ω 的电阻来模拟 PT100 在 500℃ 时传感器的电阻值,显示应该在 500 字±1字;最后,使用一只 194Ω 的电阻来代替 250℃ 传感器电阻输入,应该显示 250±1 字.如果经过上面调试没有问题,就可以接入真正的 PT100 传感器投入使用了。(真正的传感器也有误差,可以微调一下前置放大的电位器来校正它。)b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商

           在实际工作中,要求电路的供电电压为 5V±5%.如果测量显示值大于某一个超限值,对应的控制端口就会立即输出高电平。如果传感器发生开路故障,显示就会出现"HHH",如果传感器及其引线发生了短路,显示就会立即出现"LLL".为了防止传感器出现开路或者短路之后可能会引起的不良后果,这时候,3 个控制输出端口都会优先关闭。b0c脉泽电子(MaserAC) - 领先的机电部件、电子元件、传感器生产销售服务商





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