pt100温度传感器测量电路
燃烧的翅膀-
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
在
-
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
到
PT100
了
.
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
至
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
位
A/D
在满度量程下,
最大显示为
1023
字,
为了得到
PT100
传
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/℃ ) ,(
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
个
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
倍
,
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,
以
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
的
A/D
转换输入端口
(
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
读
数
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