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时间:2019-01-12
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1、基于PT100铂热电阻温度传感器设计 摘要PT100铂热电阻是常见的温度测量工具,其阻值会随温度的变化而改变,被广泛应用于工业过程温度参数的测量和控制。设计基于PT100铂热电阻的温度传感器,根据周围温度的变化改变铂热电阻大小,通过电路输出对应的电压信号,加入预设值比较电路,可以将当前温度是否超出范围进行报警。 关键词PT100铂热电阻;电桥;NE5532芯片;放大电路;比较电路 中图分类号:G712文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2016)16-0033-03 AbstractThermalresistorofPT100isacommontemperatu
2、remea-suringtool.Itsresistancevalueistemperature-dependant.Thusitis widelyusedinthemeasurementandcontroloftemperaturepara-meterinindustrialprocesses.Thisessayisonthedesignoftempe-raturesensorbasedonthethermalresistorofPT100,changingitsresistancevalueaccordingtotemperaturechangeofsurroundingen
3、vironmentandoutputtingthecorrespondingvoltagethroughelec-triccircuits.Inthedesignaddedapresetcomparisoncircuitwhichcangiveanalarmwhenthetemperatureisoutofrange. KeywordsthermalresistorofPT100;bridge;NE5532chip;4compa-risoncircuit;amplifyingcircuit 1引言 温度传感器被广泛应用于工业、农业生产、科学研究等领域[1],为提高生产效率,对
4、温度参数测量的快速性和准确性提出更高的要求。本文设计基于PT100铂热电阻的温度传感器,具有精度高、线性好、响应时间短等特点。 2电路设计 基于PT100铂热电阻温度传感器由两部分组成:PT100铂热电阻传感器和信号转换器。通过PT100铂热电阻测量温度,经过NE5532芯片和多个元器件的组合来达到信号转换、放大输出一个模拟电压信号;后面再入加比较电路,对当前值与设定值进行比较,超出时进行报警。设计框图如图1所示。 与普通型热电阻相比,PT100铂热电阻的特点包括:热惯性上测量滞后小;机械性能好、耐振,能弯曲,便于安装;使用寿命长。因此,PT100铂热电阻是研究中比较理想的测
5、温电子元件。 PT100铂电阻RT曲线图如图2所示。当在0℃的时候,PT100的阻值为100Ω,它的阻值会随着温度的上升而匀速增长,在100℃时,它的阻值约为138.5Ω。它的阻值跟温度的变化成正比,但不是简单的正比的关系,而更应该趋近于一条抛物线[2]。 NE5532是高性能低噪声双运算放大器(双运放)集成电路。与很多标准运放相似,但它具有更好的噪声性能,优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽,电源电压范围大等特点。本文中将用它来构成电桥4电路、放大电路和比较电路。运用NE5532芯片的PT100铂热电阻温度传感器电路图如3所示。 在图3所示电路中,电桥电路由R2、R3、R
6、9和PT100电阻组成。为了防止电路电流过大而导致PT100损坏,为保护电路,R2=R3=13KΩ。因为PT100的最小电阻值为100Ω(即0℃下的电阻值),为了使A、B两点的电压差小,根据铂热电阻的分度表,取R=96.09Ω或者92.16Ω才是合适的,然而现实中最接近的只有R=91Ω的电阻,所以取R9=91Ω,这样有利于减小误差。由图可得到A、B两点电压及电桥输出(A、B两点电压差)分别为: 其中UA的值随工作环境温度的变化而变化。UA、UB为后面放大电路的输入电压。利用由R1、R5、R7、R10和NE5532芯片组成求差放大电路,该基本减法电路的输出电压为: 其放大倍数为:
7、 输出C点后面加入电压比较电路,由R4、R11和NE5532芯片组成。比较NE5532运放输入端5脚和6脚间的电压大小,当UC>UD时,即测量温度大于设定温度时,输出电压UE为12V,此时LED灯亮,进行报警。这里可调电阻R4的作用是设置电压预值,通过改变R4就可以改变D点电压进行电压预设;R6起的是限流和隔离作用,使左右两边的电路不受干扰;C1起的是滤波作用。 3测试结果 根据设计焊接完成的电路,测量温度30~100℃对应的电阻值的数据记录如表1所示。4 通
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