PT100热电阻传感器Word文档格式.docx

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第五章测控电路的设计与计算

第六章AD转换部分

第七章误差与精度分析

第八章参考文献资料

第九章附录

PT100热电阻传感器的设计参数

Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器.

主要技术参数如下：

∙测量范围：

-200℃～+850℃；

∙允许偏差值△℃：

A级±

（0.15＋0.002│t│），B级±

（0.30＋0.005│t│）；

∙最小置入深度：

热电阻的最小置入深度≥200mm；

∙允通电流≤5mA。

另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

铂热电阻的线性较好，在0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。

铂热电阻阻值与温度关系为：

式中，A=0.00390802；

B=-0.000000580；

C=0.0000000000042735。

可见Pt100在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：

RPt=100（1+At），当温度变化1摄氏度，Pt100阻值近似变化0.39欧。

PT100热电阻传感器的基本原理

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

PT100设计原理：

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。

PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工业原理：

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α（t-t0）]，式中Rt为温度t时的阻值；

Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；

α为温度系数。

　半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：

Rt=AeB/t，式中Rt为温度为t时的阻值；

A、B取决于半导体材料的结构的常数。

总体设计方案的确定

PT100测温电路由输入电路、单臂电桥测量电路、运算放大电路、输出电路四部分构成

传感器结构设计

铂电阻传感器的稳定性

铂电阻传感器有良好的长期稳定性,典型实验数据为：

在400℃时持续300小时,0℃时的最大温度漂移为0.02℃。

铂电阻的自热和测试电流

常规产品的测试电流:

Pt100为1mA, 

Pt1000为0.5mA,实际应用时测试电流不应超过允许值，例如Pt100当测试电流为1mA时，温升为0.05℃；

当测试电流为5mA时，温升为2.2℃,并且自热温升的数据同产品的结构也有很大的关系，如保护管的直径，内部填充物的种类，测试条件等。

引出导线规格：

引出导线规格采用两线制，传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，虽然导线电阻会带来附加误差使实际测量值偏高，但由于此传感器用于的场合精度要求不是特别高，所以采用两线制。

传感器保护管的选择：

保护管的作用是为了保护温度传感器感温元件，不使其与被测介质直接接触，避免或减少有害介质的侵蚀，火焰和气流的冲刷和辐射，以及机械损伤，同时还起着固定和支撑传感器感温元件的作用。

在轻微腐蚀和一般

工业应用中，304和316（316L）是用得最为广泛的不锈钢保护管材料，但出于成本考虑，321不锈钢也被大量使用。

响应时间：

在温度阶跃变化时，温度传感器的输出变化至量程变化的50%所需要的时间称为热响应时间，用τ0.5表示。

影响τ0.5

的因素与保护管材料、直径、壁厚有关，而且还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速、种类有关。

测量结构：

测量结构选择装配式的铂电阻。

装配式铂电阻由外保护管、延长导线、测温电阻、氧化铝装配而成，产品结构简单，适用范围广，成本较低，绝大部分测温场合使用的产品均属装配式。

绝缘电阻：

常温绝缘电阻的试验电压可取直流１０～１００Ｖ任意值，环境温度在１５～３５℃范围内，相对湿度应不大于８０％，常温绝缘电阻值应大于１００ＭΩ。

公称压力：

一般是指在常温下，保护管所能承受的不至破裂的静态外压。

承压数值的大小同保护管的材料、直径、壁厚、焊缝强度等密切相关，例如直径４ｍｍ壁厚０．５ｍｍ的不锈钢管，常规产品可以承受１０ＭＰａ的压力，经过特殊处理也可承受４０Ｍｐａ的高压。

综合误差：

温度传感器在测量过程中的主要误差来源：

传感器对分度表的误差；

绝缘不良引起的误差；

线路电阻引起的误差；

测量仪表的误差以及传热误差、动态相应误差、干扰误差等。

其中有些误差是在一定条件下才会出现，并且通过一定措施是可以消除和减小的。

（传感器结构图）

测控电路设计及计算

电路器件：

电阻若干；

差动放大器OP-07；

电容；

热电阻PT100；

稳压电源；

导线若干。

单臂电桥的输出电压为：

U。

=（（Rt+△R）/（Rt+△R+R1）-R2/（R2+R3））U

（三运放高共模抑制比放大电路）

电路的差模增益Kd为:

Kd=1+（R4+R5）/R

AD转换部分

AD0809的工作原理：

IN0－IN7：

8条模拟量输入通道。

对输入模拟量要求：

信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；

输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。

当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。

A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。

ST为转换启动信号。

当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；

下跳沿时，开始进行A/D转换；

在转换期间，ST应保持低电平。

EOC为转换结束信号。

当EOC为高电平时，表明转换结束；

否则，表明正在进行A/D转换。

OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE＝1，输出转换得到的数据；

OE＝0，输出数据线呈高阻状态。

D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线。

因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。

ADC0809应用说明：

ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连；

初始化时，使ST和OE信号全为低电平；

送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上；

在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号；

是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断；

当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

精度误差分析

一，传感器误差：

二，测控电路误差。

由于电阻值的不完全精确，测量导线存在电阻，运算放大器的本身结构均会引起一系列误差。

另外外界环境的影响也会使得测控电路产生各种不同类型的误差。

三，AD转换器的误差。

因为手册上给出的转换精度都是在一定的电源电压和环境温度下得到的数据，如果这些条件改变了，将引起附加的转换误差。

因此，为获得较高的转换精度，必须保证供电电源有很好的稳定度，并限制环境温度的变化。

参考文献资料

张国雄主编《测控电路》（第四版）机械工业出版社2012

唐文彦主编《传感器》（第四版）机械工业出版社2012

熊诗波、黄长艺主编《机械工程测试技术基础》（第三版）2012

康华光主编《电子技术基础》（第五版）高等教育出版社2005

ProtelDXP电路设计与制版实用教程（第二版）人民邮电出版社2012

刘小年主编《AutoCAD计算机绘图基础》湖南大学出版社2010

附录一：

电路图

附录二：

仿真图

附录三：

结构图