基于Ptl00鉑熱電阻的溫度變送器設(shè)計與實現(xiàn)
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l Ptl00鉑熱電阻概述
電阻值隨溫度的變化程度稱為溫漂系數(shù)，大部分金屬材料的溫漂系數(shù)是正數(shù)，而且許多純金屬材料的溫漂系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)保持恒定，具體應(yīng)用中選用哪一種金屬材料(鉑、銅、鎳等)取決于被測溫度的范圍。金屬鉑(Pt)電阻的溫度響應(yīng)特性較好，成本較低，可測量溫度較高；它在0 ℃的額定電阻值是100 Ω，是一種標(biāo)準(zhǔn)化器件。工作溫度范圍：-200～+850 ℃，考慮到工業(yè)的實際應(yīng)用，本系統(tǒng)設(shè)計的測量范圍為0～120℃。因為熱敏電阻的阻值和溫度呈正比關(guān)系，只需知道流過該電阻的電流就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據(jù)已知的電阻-溫度關(guān)系，可以計算出被測量的溫度值。Ptl00溫度感測器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度檢測器，其電阻和溫度變化的關(guān)系式為：
式中：R0為O ℃下的電阻值，R0=10O Ω；T為攝氏溫度。
因此，用鉑做成的電阻式溫度檢測器，又稱為Ptl00溫度傳感器，即：
顯然，電阻與溫度呈非線性關(guān)系，但當(dāng)測量精度要求較低時，電阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系可以簡化為：
實際應(yīng)用中，Ptl00的連接方式可以為兩線制、三線制或四線制。該系統(tǒng)采用三線制接法即可滿足要求。二線制連接時，由于引線電阻與Ptl00串聯(lián)，增大了電阻，會影響測量；三線制連接時，對Ptl00額外增加了第三條線，由于引線電阻具有相同特性，能夠?qū)€電阻進(jìn)行補償；四線制連接時，可以實現(xiàn)Kelvin檢測，消除了兩線連線的壓差。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
對PtlOO溫度傳感器進(jìn)行了硬件設(shè)計。其整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1中，利用鉑熱電阻特性來檢測溫度，將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號；再通過V／l轉(zhuǎn)換單元，將電壓信號轉(zhuǎn)為4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，這樣既省去昂貴的補償導(dǎo)線，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力；在單片機(jī)系統(tǒng)上再由電流電壓轉(zhuǎn)換芯片RCV420將4～20 mA轉(zhuǎn)換為O～5 V電壓信號。經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)系統(tǒng)把讀取到的數(shù)字信號進(jìn)行識別處理，并換算成與溫度對應(yīng)的數(shù)字信號，最后再由液晶顯示器顯示輸出溫度值。CPU主要完成對A／D采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括A／D值的濾波處理和A／D值向?qū)嶋H溫度轉(zhuǎn)換，最后送給顯示器顯示。
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