基于PT100铂热电阻的高精度测温系统的设计.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2015．03．019基于PTIO0热电阻的高精度测温系统的设计严长城，应贵平(上海海事大学商船学院，上海201306)摘要：PT100传感器是工业现场中常用的测温传感器，介绍了一种基于PT100的测温装置，采用电桥及三线制接法，以STC80C52RC单片机为控制核心，12位串行芯片MAX1270为AD转换芯片。经过实测系统工作稳定可靠，测量精度在±0．1oC以内。关键词：PT100；惠斯通电桥；三线制接法；最小二乘法中图分类号：TP29文献标识码

2、：A文章编号：1009—9492(2015)03—0071—04TheDesignofaTemperatureCollectionSystemwithHighPrecisionBasedonPT100YANChang—cheng，YINGGui-ping(TheMerchantMarineCollegeofShanghaiMaritimeUniversity，Shanghai201306，China)Abstract：ThePT100temperaturesensoriswidelyusedinthein

3、dustrialfield，thisarticleintroduceatemperaturecollectionsystembasedonPT100，usingWheatstonebridgecircuitandThreewireconnectionmethod，STC80C52RCMCUisusedascontrolcore，the12bitserialchipMAX1270isusedastheADconversionchip．Thesystemcanworksteadilyandreliablyby

4、testingand±O．1℃controlprecisionisensured．Keywords：PT1O0；wheatstonebridge；threewireconnectionmethod；theleast—squaremethod0引言1．1电压源电路热电阻是中低温常用的一种温度传感器，其图1电路为同相比例运算电路，根据理想运工作原理是基于电阻的热效应，即电阻的阻值随算放大器工作在线性区时的分析，依据虚短、虚着温度的变化而变化。因铂热电阻在热电阻中的精度是最高的并且有着抗振动，稳定性好，耐高压的

5、特点，所以被制成各种标准温度计供计量和校准使用。本文选用的铂热电阻为PT100，0cI=0的电阻阻值为100n，在0cI=～100℃之间变化时，最大非线性偏差小于0．5℃。1调理电路设计因PT100与热电偶不同，属于无源传感器，所以需要设计额外的激励来产生电信号输出。本文设计的PT100测温装置，利用常用低成本的四路运算放大器LM324完成该装置电源电路和三运放仪表放大器电路的设计。图1电压源电路收稿日期：2014—10—28自动化压的大小可以求出相应电阻的大小，这就是不平断原则，得出A==1+=1+=2

6、，则613厶u衡桥测电阻的原理。此闭环电压放大倍数为2倍，继而得到=10V，实际由于PT100电阻较小，灵敏度高，引线并作为惠斯通电桥电路的稳定供电电压。的阻值会带来误差，因此工业上常使用三线制的1_2惠斯通电桥和PT1O0的三线制接法接法来消除这种误差。如图2虚线部分，引线电根据PT100测温原理，需要精确知道PT100阻值相等且为r，此时的桥臂变为R，R，R+2r，的电阻值，但是电阻值并不能直接测量，因此需R+2r，电桥平衡时：尺：·(R+2r)=·+2r)，整要转换电路，将电阻值变为单片机可以检测的

7、电理得：R=RR，／R+2Rr／R2—2r，分析当R1=R2压信号川。惠斯通电桥电路是一种可以精确测量电时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影阻的仪器。如图2所示，尺，，忍分别是它的响。1．3三运放仪表放大器电路当温度从0℃～100℃变化时，PTIO0的阻值在100～138．51Q范围内近似线性变化。根据上面电桥桥电路得0oC时电桥是平衡的所以电桥输出电压理论值应为为0V，而当温度为100℃时电桥输出E=。／。十。)一，／+R，))，即；10x(138．51／(10000+138．51)一100／(100

8、00+100)1=0．037599V，由于这是个毫伏级信号因此需要将此电压放大使其变为能被AD芯片检测的值。如图3所示，仪表放大器是在有噪声的环境下放大小信号的器件，其本身所具有的低漂移、低功耗、图2PT100三线制接法高共模抑制比、宽电源供电范围及小体积等一系桥臂，当电桥平衡时满足R、×R，：＆×R。当电桥列优点，它利用的是差分小信号叠加在较大的共不平衡时a，b两点会有电压差，根据a，b两点电模信号之上的特性，能够去除共模信