基于PT100的温度测量系统20
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基于PT100的温度测量系统20
前言；传感器技术在信息采集、信息传输和信息处理中，属于；为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器；本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示；课程设计任务；本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转；摘要：；本文采用AT89S51单片机，TLC2543A/；关键词：PT100单片机温度测量DS1302；Abstract：；Thesyste
前言传感器技术在信息采集、信息传输和信息处理中，属于前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在各个领域广泛应用，比如在工农业生产中需要实时测量温度等等。因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程。本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本课题主要任务是完成环境性强等优点。 课程设计任务本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，时钟模块，数据处理与控制模块，温度、时间显示模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度测量与显示，完成了课题所有要求。 摘 要：本文采用AT89S51单片机，TLC2543 A/D转换器，DS1302时钟芯片，AD620放大器，铂电阻PT100及8位数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。关键词：PT100
温度测量 DS1302Abstract：The system contains SCM(AT89S51), analog to digital convert department (TLC2543), DS1302 chip, AD620 amplifier, PT100 platinum, LED Digital tube with six, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range.Keywords: PT100
Temperature Measures
方案设计与论证1.1 传感器的选择由于本设计的任务是要求测量的范围为0℃～100℃，测量的分辨率为±0.1℃，综合价格以及后续的电路，决定采用线性度相对较好的PT100作为本课题的温度传感器，具体的型号为WZP型铂电阻，该传感器的测温范围从－200℃～＋650℃。具体在0℃～100℃的分度特性表见附录A所示。1.1.1 PT100温度传感器原理PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度。因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。主要技术指标：1. 测温范围：-200℃～650℃；2. 测温精度：0.1℃；3. 稳定性：0.1℃。PT100温度传感器测量范围广：-200℃～+650℃，偏差小，响应时间短，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，其得到了广泛的应用，本设计采用PT100作为温度传感器。采取方案：设计一个恒流源通过PT100热电阻，通过检测PT100上的电压的变化来换算出温度。1.2系统的工作原理测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。另外，外接一个时钟芯片DS1302产生时钟信号送入到单片机中进行处理控制，并将时间显示出来，以实现温度的实时监控。 图1.2.1系统结构框图 二 硬件设计2.1 PT100传感器方案设计Pt100 是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。采用Pt100 测量温度一般有两种方案：方案一：设计一个恒流源通过Pt100 热电阻，通过检测Pt100 上电压的变化来换算出温度。方案二：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt100 热电阻，当Pt100电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。 两种方案的区别只在于信号获取电路的不同，其原理上基本一致。2.2 信号调理电路调理电路的作用是将来自于现场传感器的信号变换成前向通道中A/D转换器能识别的信号，作为本系统，由于温度传感器是热电阻PT100，因此调理电路完成的是怎样将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转换器接受的电压信号。2.3 恒流源电路(线性稳压电源)的设计系统设计的恒流源电路见下图，稳定输出5v电压。 图2.3.1恒流源电路2.4 放大电路的设计信号放大电路，就是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。该测温系统这部分电路的主要作用是用热电阻PT100配合电流源采集当前的温度并将其转换为电压信号，放大电路将这个微小的电压信号转换为可以输入A/D转换器的合适电压值。具体组成电路如图2.4.1所示。 图2.4.1信号放大电路根据运放的“虚短”、“虚断”作用，结果将微小的电压信号放大转换为可以输入A/D转换器的合适电压值2.5 A/D模数转换模块ADC0809A/D模数转换器ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关，地址锁存与译码器，比较器，8位开关数型A/D转换器，逐次逼近寄存器，逻辑控制和定时电路组成。首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输入信号变低，指示转换正在进行,直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断请求。转换结果的数字量输入到数据总线上，传送给单片机进行处理。包含各类专业文献、各类资格考试、应用写作文书、外语学习资料、文学作品欣赏、专业论文、中学教育、高等教育、幼儿教育、小学教育、基于PT100的温度测量系统20等内容。　
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深度揭秘——PT100的N种不同接法
　　温度是工作控制中非常重要的物理量，用于温度测量的传感器主要有热电阻、热敏电阻、热电偶、半导体温度传感器等，这些传感器各自有自己的特性与适用领域，设计人员必须根据自己特定的应用来选择合适的传感器。本文引用地址：
　　热电阻(RTD)是使用细金属丝缠绕在支架上，而构成的电阻阻值随温度变化的具有较高精度的温度传感器，工作温度范围为-200℃~+850℃。常见的RTD材料有镍、铜、铂等，其中又以100Ω(0℃时)铂制热电阻最为常见。由于铂金属的物理、化学特性都非常稳定，铂电阻以精度高、长期稳定性好、重复性好、响应快速等特点得到广泛应用。
　　下面公式描述了的温度特性，从公式中可以看到的温度与电阻特性显然是非线性的，但与热电偶、热敏电阻相比，的线性度经好很多，因此非线性校正也比较
　　容易。早期的非线性校正多采用复杂的模拟电路实现，随着电子技术的发展，目前在实际应用中，一般使用单片机进行查表结合插值的方法对Pt100进行非线性校正。
　　由于热电阻是无源器件，在使用过程中需要外部激励才能工作，在使用过程中必须注意激励电流的大小要合适。电流过大会导致Pt100自身发热，产生测量误差，因此在设计过程中必须根据测量要求仔细设计信号调理电路，确保传感器自身发热产生的误差在可接受范围内。
　　一、为什么采用、接法
　　由于Pt100温度系数只有0.385Ω/℃，如果传感器与控制器之间距离较远，需要较长的引线，那么由于引线电阻而产生的测量误差可能会很严重。例如，现假设有一个Pt100通过100英尺(约30米)的30号铜引线与控制器相连，30号铜导线的电阻为0.105Ω/英尺，如果采用常规的两根引线的接法，如下图，则引线上共产生21Ω电阻，即相当于55 的测量误差!
　　为解决这一问题，Pt100除了两线制接法，还有与接法，来降低甚至消除引线电阻带来的测量误差。
　　二、恒流源激励的两、三、接法
　　上文已经提到，Pt100是电阻式温度传感器，其温度测量的本质其实是测量传感器的电阻。通常的做法是将电阻转换成电压或电流等电信号进行测量，由单片机对测量结果进行线性化。一般Pt100进行温度测量有两种方案：
　　1. 设计一个恒流源通过Pt100热电阻，通过检测Pt100上的电压来计算温度;
　　2. 采用惠斯通电桥，电桥的四个电阻中有三个是恒定的，另外一个采用Pt100热电阻，当Pt100的电阻值发生变化时，测试端将产生一个电热差，由此电热差来计算温度。
　　另外还有一类称为“”的测量方法，可看做第一类测量方法的改进，后文将做详细介绍。
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我以pt100+三线或是pt100+恒流进行搜索,见到的基本上都是以桥接方式.在论坛中见到有兄弟贴子按图索骥图找到了微芯的应用文档AN687,对PT100的恒流测量方式让我很困惑,图如下:
我的问题是:
& & 1.为什么所能见到的用法中基本都是以桥接为主?还是这个电路不适合实际应用?这个电路和桥接方式比较有什么优缺点?
& & 2.因为我不会英语,用在线翻译没搞明白.想请大师能否再具体分析下A3怎么得出PT100上的电压?A4和它外围的阻容元件的作用和计算方**
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最佳答案+10
3线，桥路，目的就是降低引线电阻的影响。
如果是恒流 ...
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3线，桥路，目的就是降低引线电阻的影响。
如果是恒流驱动，补偿精度会更高。
输出电压的公式，无非是把引线电阻的电压抵消掉，还是你自己分析吧，最基础的运放知识。
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本帖最后由 oldzhang 于
17:51 编辑
能否把英文原文给个链接，最好上传到这里
这个电路确实很妙，一般三线的都用恒压源做成桥式电路，这个图用恒流源，比用桥式要好
我这里有个仿真电路你就明白了，我设PT100的导线电阻为33欧姆，这个可以随便设
这个电路以A3的同相端为参考，把PT100上面电流引线的电压放大了-1倍，这样就把下面接地电阻的影响也消除了。
这里有个先决条件就是导线的电阻相同，这点基本能保证，在工程中有的PT100引线长达100多米，如果流电流的导线电阻RW1和RW3相等，确实能抵消
在众多的三线铂电阻温度传感器的电路中，这个电路应该是最有特色的，电阻电桥有自身的非线性，而恒流电桥消除了电桥的非线性，这个电路中利用A3构成的-1放大器，巧妙的把RW1上的电压反相，在A3运放输出的电压是
UO=PT100的电压+RW3上的电压+（-RW1上的电压）=PT100的电压
其中假设RW1=RW3
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桥式不能解决线的阻抗问题
用桥式应该是提高灵敏度系数
要解决线阻问题，要用6线制
解决问题是我们学习硬件和软件的目的.
硬件和软件是解决问题的手段,而非全部
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zjp8683463 发表于
桥式不能解决线的阻抗问题
用桥式应该是提高灵敏度系数
要解决线阻问题，要用6线制 ...
好好看电路图，那个A3就是消除引线电阻的，表不懂装懂。
诸葛一生唯补肾 吕端房事不糊涂 虽然我不是基督徒，但你可以用身体传福音给我，我必有所感动。
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消除引线电阻的非A3，是两个电阻RW2。
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zhangyu198530 发表于
消除引线电阻的非A3，是两个电阻RW2。
RW1\RW2都是引线电阻，你连电路图都看不懂，就跳出来冒充大瓣蒜，是什么什么东西。现在21icbbs都是你这些不懂装懂的二货混账在胡说八道。
上联:subway railway highway,way way to die
下联:investigator officer announcer,sir sir to lie
横批:welcome to china
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素质低的东西楼主应该剔除，丢论坛的人。
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zhangyu198530 发表于
消除引线电阻的非A3，是两个电阻RW2。
难道真有所谓的命运。。。。。。
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抵消导线电阻
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i55 发表于
好好看电路图，那个A3就是消除引线电阻的，表不懂装懂。
你连中文都看不懂，还叫什么。
我说的是桥式不能解决线阻问题。
即时是这个电路也不能完全解决线阻问题。必须满足RW2=RW1。
要比较好的消除线阻问题，4线以上。
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zjp8683463 发表于
你连中文都看不懂，还叫什么。
我说的是桥式不能解决线阻问题。
即时是这个电路也不能完全解决线阻问题。 ...
工业上面哪里有4线Pt100，实际应用不是学校里面的书呆子能明白的。
诸葛一生唯补肾 吕端房事不糊涂 虽然我不是基督徒，但你可以用身体传福音给我，我必有所感动。
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i55 发表于
工业上面哪里有4线Pt100，实际应用不是学校里面的书呆子能明白的。
你没有见到四线制只是说明要求都不高。
高精度的一般都采用四线制。代价当然就是成本问题。
不是你所谓的没有实际应用价值。
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硬件和软件是解决问题的手段,而非全部
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zjp8683463 发表于
你没有见到四线制只是说明要求都不高。
高精度的一般都采用四线制。代价当然就是成本问题。
不是你所谓的 ...
你拿taobao查查吧，只会讲理论的二货。
诸葛一生唯补肾 吕端房事不糊涂 虽然我不是基督徒，但你可以用身体传福音给我，我必有所感动。
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i55 发表于
你拿taobao查查吧，只会讲理论的二货。
呵呵，没见过不等于没有，四线PT100确实有，而且我就在用，只是价格略高， 国产在100-200，进口的会更贵点
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在工业智能测温显示和采样控制电路设计中用Pt100测温桥式电路形式一般用三线接线方式已能基本消除（抵消）引线电阻对测温值的影响，如（300米）引线很长则对线缆是有一定的要求：1、线缆截面不要太小最好能大于1.0mm；2、线缆的芯线不要采用软线而应采用单股硬铜线，如可采用国标KVV-4×1.5控制电缆线，其中一根作备用。以上是本人在众多大型（吨）冷库温度远距离传输显示以及工控机采样控制工程中的实际经验。只作参考。
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i55 发表于
你拿taobao查查吧，只会讲理论的二货。
taobao随便找找到处都是.
四线制大部分都是进口货色,用于实验室的居多.
解决问题是我们学习硬件和软件的目的.
硬件和软件是解决问题的手段,而非全部
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A4是萨伦基低通滤波
A3的输出应该是近似等于I*Rpt100
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Mark，学习一下！
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1、在TIMCU、TIDSP、TI模拟技术三个论坛以主题帖形式发布相关技术资料。
还在等什么~快来互换苹果吧~97PT100的温度显示仪表系统设计
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97PT100的温度显示仪表系统设计
数据采集技术；--基于PT100的温度显示仪表系统设计；姓名：王群杰；班级：数媒1002班学号：指；日期：2013.06；基于Pt100铂热电阻的简易温度测量器；要求:1.设计一个pt-100温度显示仪表,要求；5.总结,简述遇到的困难,解决困难.；一.概述:；本电路通过电源模块给温度感应模块提供一个稳定的电；网保证电源模块和温度感应模块
数据采集技术 --基于PT100的温度显示仪表系统设计姓名：王群杰班级：数媒1002班 学号：
指导老师：陈伟琦日期：
2013. 06 基于Pt100铂热电阻的简易温度测量器 要求:1.设计一个pt-100温度显示仪表,要求测量范围-20度到600度;
2.概述:功能性框图,实现的原理
3.介绍系统的构成,画出原理图
4.编辑完整软件的流程图5.总结,简述遇到的困难,解决困难.一. 概述:本电路通过电源模块给温度感应模块提供一个稳定的电源使其正常工作。通过隔离网保证电源模块和温度感应模块的工作不受后置模块的影响。再将温度感应模块产生的信号通过信号放大模块放大,最后将放大的信号送到加减运算放大模块，得到一个设定好的电压值。原理:本电路是基于热敏电阻Pt100的温度检测电路.Pt100的电阻值会随着温度的变化而变化,故电源模块可设计一个横流源电路使得通过Pt100的电流恒定不变.这时当温度变化时Pt100的阻值发生变化,电压也就能发生相应的线性变化。只要通过对Pt100两端的电压进行处理就能测得外界环境的温度。 二.系统的构成 系统的构成1.电源模块:本电路中恒流源电路是基于TL431稳压集成电路设计的高精度恒流源,电路图如图所示。当TL431两端接上电压后其参考极将输出稳定的2.5V的电压,但是TL431的阴极和阳极不能直接接在电压上所以需要串上一个电阻进行分压。本电路中使其串上500Ω的电阻。当TL431的参考极和地端之间接上一个电阻时该之路的电流就是一个恒定的电流。这时再如图中所示接上一个处于放大区的三级管使其发射极和集极的电流近乎相等。这时通过连接在集极的Pt100热敏电阻的电流就是恒定值。由于通过Pt100的电流需要在1~1.5mA内，以及为了计算的方便，在本电路中理想情况下我们要使通过Pt100的电流约为1mA。 恒流源电路2.隔离网络模块: 为了使后面的模块不影响电源模块和温度感应模块的正常工作需要将后面的模块和这两个模块隔离开来. 隔离网络设计该方案能将电源模块和温度感应模块和后面的模块隔离开来,减小误差。信号放大模块和加减运算模块只需要两个集成运放，而LM358P一个芯片只集成了2个运放,如果隔离网络用掉3个运放就必须用掉5个运放.也就需要3个LM358P芯片,而这样还会剩余一个运放没有用上又造成了,浪费,所以整个电路只需要2个LM358P芯片。考虑到把后端电路对前端电路照成的影响尽量减小,我们必须使经过Pt100的电流保持恒定,而且还要尽量和经过R2的电流相等。3.信号放大模块由于热敏电阻Pt100的电阻对温度的改变量比较小只有几十欧姆的变化，Pt100分度表如表一所示,所以其两端的电压差相对来说是一个很小的值，所以需要对该电压信号进行放大。 温度表 该模块中使用的运放依旧是LM358P同相输入的通过一个电阻和和Pt100的一端相连，反相端通过一个电阻和一个电压跟随器和Pt100的另一端相连通过设置R4、R6、R7、R8的阻值以及调节电位器R13的阻值可以设定和改变其放大倍数。电位器R13的作用主要是电路的调零，使得电路最终输出电压尽量接近设定值。根据Pt100的温度特性以及恒流源提供的电流值和TL431参考端提供的恒定的电压值。在理想情况下可以将该放大模块的放大值设为25倍左右，使得当温度为-20度时该信号放大模块输出端的电压正好为2.5V就能通过减法器和TL431参考端2.5相减得到初始值0V的电压。这样当温度变化时电路的最终的输出端的电压就可以随温度的改变发生相应的线性变化。4.加减运算模块 该模块依旧使用LM358P的集成运算放大器对放大后的信号进行处理，使得最终得到的电压值是一个设定好的值。如当温度为-20度时最终的输出端电压为0。当温度为40度时输出端电压为1依次类推。这样我们就能通过测量最终的输出电压来直观的得知周围环境的温度。 如图6所示该模块的同相输出端通过电阻R9和信号放大模块的输出端相连，反相输出端和TL431的参考端相连，使得两电压值相减并放大一定倍数后输出设定的电压值。根据Pt100的温度特性可计算得该模块需要放大的倍数为10.4倍，这样就能使输出电压约为检测到的温度的0.1倍。三. 软件的流程图 1. 电压模块和温度感应模块参数设定与仿真调试 包含各类专业文献、生活休闲娱乐、应用写作文书、专业论文、高等教育、行业资料、幼儿教育、小学教育、中学教育、97PT100的温度显示仪表系统设计等内容。　
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