溫度傳感器工作原理簡(jiǎn)介及其應用

使用溫度傳感器為 PT100,這是一種穩定性和線(xiàn)性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200℃ 至 650℃ 的范圍.本電路選擇其工作在 -19℃ 至 500℃ 范圍.

整個(gè)電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機 A/D 轉換和顯示,控制,軟件非線(xiàn)性校正等部分.

前置放大部分原理圖如下:

工作原理:

傳感器的接入非常簡(jiǎn)單,從系統的 5V 供電端僅僅通過(guò)一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了.這種接法通常會(huì )引起嚴重的非線(xiàn)性問(wèn)題,但是.由于有了單片機的軟件校正作為后盾,因此就簡(jiǎn)化了傳感器的接入方式.

按照 PT100 的參數,其在 0℃ 到 500℃ 的區間內,電阻值為 100 至 280.9Ω，我們按照其串聯(lián)分壓的揭發(fā)，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 輸出電壓（mV），可以計算出其在整百℃時(shí)的輸出電壓，見(jiàn)下面的表格：

單片機的 10 位 A/D 在滿(mǎn)度量程下，最大顯示為 1023 字，為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 500 字時(shí)的單片機 A/D 轉換輸入電壓，必須對傳感器的原始輸出電壓進(jìn)行放大，計算公式為：(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓( mV/℃ ) ，（Vcc＝系統供電＝5V），可以得到放大倍數為 10.466 。

關(guān)于放大倍數的說(shuō)明：有熱心的用戶(hù)朋友詢(xún)問(wèn)，按照 (500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到 10.466 的結果，而是得到 11.635的結果。實(shí)際上，500 個(gè)字的理想值是無(wú)法靠電路本身自然得到的，自然得到的數字僅僅為 450 個(gè)字，因此，公式中的 500℃ 在實(shí)際計算時(shí)的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其實(shí)，計算的方法有多種，關(guān)鍵是要按照傳感器的 mV/℃ 為依據而不是以被測溫度值為依據，我們看看加上非線(xiàn)性校正系數：10.47*1.1117=11.639499 ，這樣，熱心朋友的計算結果就吻合了。

運算放大器分為兩級，后級固定放大 5 倍（原理圖中 12K/3K+1=5），前級放大為：10.465922/5=2.0931844 倍,為了防止調整時(shí)的元器件及其他偏差，使用了一只精密微調電位器對放大倍數進(jìn)行細調，可以保證比較準確地調整到所需要的放大倍數(原理圖中 10K/(8K2+Rw)+1)。

通常，在溫度測量電路里，都會(huì )有一個(gè)“調零”和另一個(gè)“調滿(mǎn)度”電位器，以方便調整傳感器在“零度”及“滿(mǎn)度”時(shí)的正確顯示問(wèn)題。本電路沒(méi)有采用兩只電位器是因為只要“零度”調整準確了，就可以保證整個(gè)工作范圍的正確顯示，當然也包括滿(mǎn)度時(shí)的最大顯示問(wèn)題了。

那么，電路中對“零度”是如何處理的呢？它是由單片機程序中把這個(gè)“零度”數字直接減掉就是了，在整個(gè)工作范圍內，程序都會(huì )自動(dòng)減掉“零度”值之后再作為有效數值來(lái)使用。

當供電電壓發(fā)生偏差后，是否會(huì )引起傳感器輸入的變化進(jìn)而影響準確度呢？供電變化后，必然引起流過(guò)傳感器的電流發(fā)生變化，也就會(huì )使傳感器輸出電壓發(fā)生變化?？墒?，以此同時(shí)，單片機的供電也是在同步地接受到這種供電變化的，當單片機的 A/D 基準使用供電電壓時(shí)，就意味著(zhù)測量基準也在同步同方向發(fā)生變化，因此，只要參數選擇得當，系統供電的變化在 20% 之內時(shí)，就不會(huì )影響測量的準確度。(通常單片機系統并不允許供電有過(guò)大的變化，這不僅僅是在溫度測量電路中的要求。）