Pt100热电阻的测温电路

吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊黄山学院课程设计说明书专业：自动化班级：12自动化卓越班学生姓名：史敬德指导教师：钱庆文成绩：课程计划任务书吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2014年6月6日传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电课程设计题目功能技术指标工作量工作计划指导教师评语吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。传感器的原理传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。2设计目的1．通过对铂电阻测温的研究,采用以运算放大器电路为基础的校正补偿方法,结合算法简单、校正精度高的线性插值软校正方法,有效地解决铂电阻测温电路的非线性误差问题,提高了测量精度。完成PT100电阻测温电路的设计到完工的全过程。吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2．通过本次课程设计，提高我们的动手能力，并且让我们深刻了解到一个电路板从设计到完工的全部过程。提高我们的合作能力与团结互助精神。为我们以后的学习和工作打下坚实的基础。3．掌握控制系统的基本概念、基本理论，熟悉控制系统的安装，调试与运行的基本知识。4．在学习过程中，学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。5．能对自已的学习过程进行计划、反思、评价和调控，提高自主学习的能力。6.通过理论实践一体化的学习过程，深入了解实践与理论之间的相互关系。7.通过各种实践活动，思考优化实践的过程和方法，并尝试改进，尝试运用技术和研究方法解决一些工程实践问题。8.通过实践活动，培养质疑意识，具有分析、解决问题的能力。3设计内容铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高，测量范围大，复现性和稳定性好，被广泛应用于中温（-200℃-650℃）范围的温度测量中。PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50℃-600℃范围内具有其他任何传感器无可比拟的优势，包括高精度，稳定性好，抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。常用的PT电阻接法有两种，分别为三线制和两线制，本次课程实际采用两线制。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路；一为恒流源式测温电路。本次课程设计采用桥式测温电路。4元器件清单序号元器件名称型号数量备注1PT1001————2运算放大器LM3241————3滑动变阻器TL4311————吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4滑动变阻器IN47331————5电容1031————6电容1041————7电阻ROMH22K8电阻ROMH2100K9电阻ROMH41K5Pt100热电阻的测温电路总体电路图图1两线制接法桥式测温电路工作原理测温原理：二线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。电流回路和电压测量回路合二为1。电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096∨的参考电源：采用R1，R2，VR2，PT100构成测量电桥（其中R1=R2,VR2为100Ω精密电阻），当PT100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个ｍＶ级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4，R5=R6,放大倍数=R5/R3.运放采用单一5V供电。测温电路的实现1.同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2.改变R5/R3的比值可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求；3.放大电路需接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作；吉林建工学院城建学院信息工程系自动化专业课程设计论文纸共7页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.VR2为滑动变阻器，调节滑动变阻器的阻值大小可以改变温度的零点设定，例如，PT100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当阻值调节到109.855Ω时，温度的零点就被设在了25℃。测量滑动变阻器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变；5.理论上，运放输出的电压为输入压差信号*放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非由这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为4.096*（Rpt100/(R1+Rpt100)-Rvr2/(R1+Rvr2))式中电阻值以电路工作时量取的为准。6.电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接接VCC的话，当电网波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确了，这可以根据上式进行计算得知。7.理论分析完后，将电路图刻在板子上，然后经过刷漆，腐蚀，焊板，调试等一系列过程后，进行下一步测量结果。6测量结果1.首先，把Rpt100=110Ω，R1=2000Ω，Rvr2=100Ω算出理论的输出电压值为0.0179V；当温度升高时Rpt100=111.5，R1=2000Ω，Rvr2=100Ω时，算出理论的输出电压值为0.0207V；2.放大倍数为100倍，用万用表测出输出电压为1.75mV；将铂电阻的温度升高一些后，再测量出输出电压为1.98mV。