基于ptl00铂热电阻的温度变送器设计与实现.doc

基于Ptl00铂热电阻的温度变送器设计与实现        陈志文王玮时间:2010年06月25日    字体:大中小        关键词:<"cblue""rch/?q=热电阻"target='_blank'>热电阻<"cblue""rch/?q=温度测量"target='_blank'>温度测量<"cblue""rch/?q=变送器"target='_blank'>变送器            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<"cblue""rch/?q=热电阻"title="热电阻">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PtlOO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。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。lPtl00铂热电阻概述   电阻值随温度的变化程度称为温漂系数,大部分金属材料的温漂系数是正数,而且许多纯金属材料的温漂系数在一定温度范围内保持恒定,具体应用中选用哪一种金属材料(铂、铜、镍等)取决于被测温度的范围。金属铂(Pt)电阻的温度响应特性较好,成本较低,可测量温度较高;它在0℃的额定电阻值是100Ω,是一种标准化器件。工作温度范围:-200~+850℃,考虑到工业的实际应用,本系统设计的测量范围为0~120℃。因为热敏电阻的阻值和温度呈正比关系,只需知道流过该电阻的电流就可以得到与温度成正比的输出电压。根据已知的电阻-温度关系,可以计算出被测量的温度值。Ptl00温度感测器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度检测器,其电阻和温度变化的关系式为:   式中:R0为O℃下的电阻值,R0=10OΩ;T为摄氏温度。   因此,用铂做成的电阻式温度检测器,又称为Ptl00温度传感器,即:      显然,电阻与温度呈非线性关系,但当测量精度要求较低时,电阻值与温度的函数关系可以简化为:      实际应用中,Ptl00的连接方式可以为两线制、三线制或四线制。该系统采用三线制接法即可满足要求。二线制连接时,由于引线电阻与Ptl00串联,增大了电阻,会影响测量;三线制连接时,对Ptl00额外增加了第三条线,由于引线电阻具有相同特性,能够对线电阻进行补偿;四线制连接时,可以实现Kelvin检测,消除了两线连线的压差。2系统结构与工作原理   对PtlOO温度传感器进行了硬件设计。其整个数据采集系统结构框图如图1所示。   图1中,利用铂热电阻特性来检测温度,将温度转换成电压信号;再通过V/l转换单元,将电压信号转为4~20mA的标准电流信号输出,这样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;在单片机系统上再由电流电压转换芯片RCV420将4~20mA转换为O~5V电压信号。经过A/D转换成数字信号,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