pt100温度传感器测量电路

萌到你眼炸
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2021年02月08日 17:17
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燃烧的翅膀-

2021年2月8日发(作者:我想去纽约)


pt100


温度传感器测量电路



2009-01-02 10:42


温度传感器


PT100


是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器


,


可以工作



-


200℃ 至



650℃ 的范围


.


本电路选择其工作在


-


19℃ 至



500℃ 范围


.


整个电路分为两部分


,


一是传感器前置放大电路


,


一是单片机


A/D


转换和显示


,

控制


,


软件非线性校正等部分


.


工作原理


:


传感器的接入非常简单< /p>


,


从系统的


5V


供电端仅仅通过一支


3K92


的电阻就连接



PT100



.


这种接法通常会引起严重的非线性问题< /p>


,


但是


.


由于有 了单片机的


软件校正作为后盾


,


因此就 简化了传感器的接入方式


.


按照


PT100


的参数


,


其在



0℃ 到



500℃ 的区间内


,


电阻值为


100



280.9


Ω


我们按照其串联分压的揭发,使用公式:


Vcc/(PT 100+3K92



* PT100 =

输出电


压(


mV


),可以计算出其 在整百℃时的输出电压,见下面的表格:



温度





0



1



50



100



150



200



250



300



350



400



450



500



PT100


阻值



Ω



100.00



100.39



119.40



138.51



157.33



175.86



194.10



212.05



229.72



247.09



264.18



280.98



传感两端电压


mV



124.38



124.8



147.79



170.64



192.93



214.68



235.90



256.59



276.79



296.48



315.69



334.42



单片机的


10



A/D


在满度量程下,


最大显示为


1023


字,


为了得到


PT100



感器输出电压在显示


500


字时的单片机


A/D


转换输入电压 ,


必须对传感器的原


始输出电压进行放大,计算公式为:


(500/1023 * Vcc)/


传感器两端电压


( mV/℃ ) ,(

< p>
Vcc


=系统供电=


5V


),可以得到放大倍数为


10.466




关于放大倍数的说明:有热心的用户朋友询问,按照


(500/1023


*


Vcc)/


传感器


两端电压不能得到


10.466


的结果,而是得到


11.635


的结果。实际上,


500



字的理想值是无法靠电路本身自然得到的,自然得到的数字仅仅为

< br> 450


个字,


因此,公式中的



500℃ 在实际计算时的取值是


450


而不是


500


< br>450/1023*5/(0.33442-


0.12438)≈10.47 。


其实,


计算的方法有多种,


关键是要< /p>


按照传感器的



mV/℃ 为依据而不是 以被测温度值为依据,我们看看加上非线性


校正系数:


10.4 7*1.1117=11.639499


,这样,热心朋友的计算结果就吻合了。



运算放大器分为两级,后级固定放大


5


倍(原理图中


12K/3K+1=5


),前级放大


为:


10.465922/5=2.093184 4



,


为了防止调整时的元器件及其 他偏差,使用了


一只精密微调电位器对放大倍数进行细调,


可以 保证比较准确地调整到所需要的


放大倍数


(

原理图中


10K/(8K2+Rw)+1)




通常,


在温度测量电路里,


都会有一个“调零”和另一个“调满 度”电位器,



方便调整传感器在“零度”及“满度”时的正确 显示问题。


本电路没有采用两只


电位器是因为只要“零度”调整 准确了,就可以保证整个工作范围的正确显示,


当然也包括满度时的最大显示问题了。< /p>



那么,


电路中对“零度”是如何处理的 呢?它是由单片机程序中把这个“零度”


数字直接减掉就是了,


在整个工作范围内,


程序都会自动减掉“零度”值之后再


作为有 效数值来使用。



当供电电压发生偏差后,

是否会引起传感器输入的变化进而影响准确度呢?供电


变化后,

必然引起流过传感器的电流发生变化,


也就会使传感器输出电压发生变


化。可是,以此同时,单片机的供电也是在同步地接受到这种供电变化的,当单


片机的


A/D


基准使用供电电压时,

就意味着测量基准也在同步同方向发生变化,


因此,只要参数选择得当,系统供电的 变化在


20%


之内时,就不会影响测量的

< br>准确度。


(


通常单片机系统并不允许供电有过大的变化, 这不仅仅是在温度测量


电路中的要求。)



后级单片机电路的原理图如下:




从传感器前置放大电路输出的信号,就送入到


HT46R23



A/D


转换输入端口

< p>


PB0/AN0


),由单片机去进行各种必需的 处理。首先是进行软件非线性校正,


把输入信号按照不同的温度值划分为不同段,


再根据其所在的段分别乘以不同的


补偿系数,


令其与理论值尽量接近,


经过非线性校正的数字,


才被送去进行 显示,


比较用户设定的控制值等等。



各段的非线性补偿系数见下列表格


(仅仅列出主要段的数据,


非 全部表格内容)




传感电压



124.3781



124.8450



147.7942



170.6414



192.9326



214.6802



mV/℃



内部


AD





校正系数



供电电阻=3K92±1% ,供电电压


=5.000V±1%



0.4670



0.4683



0.4626



0.4570



0.4515



1.00



50.14



99.06



146.80



193.36



1.0000



0.9972



1.0095



1.0218



1.0343


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