基于Ptl00鉑熱電阻的溫度變送器設計與實(shí)現
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l Ptl00鉑熱電阻概述
電阻值隨溫度的變化程度稱(chēng)為溫漂系數，大部分金屬材料的溫漂系數是正數，而且許多純金屬材料的溫漂系數在一定溫度范圍內保持恒定，具體應用中選用哪一種金屬材料(鉑、銅、鎳等)取決于被測溫度的范圍。金屬鉑(Pt)電阻的溫度響應特性較好，成本較低，可測量溫度較高；它在0 ℃的額定電阻值是100 Ω，是一種標準化器件。工作溫度范圍：-200～+850 ℃，考慮到工業(yè)的實(shí)際應用，本系統設計的測量范圍為0～120℃。因為熱敏電阻的阻值和溫度呈正比關(guān)系，只需知道流過(guò)該電阻的電流就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據已知的電阻-溫度關(guān)系，可以計算出被測量的溫度值。Ptl00溫度感測器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度檢測器，其電阻和溫度變化的關(guān)系式為：
式中：R0為O ℃下的電阻值，R0=10O Ω；T為攝氏溫度。
因此，用鉑做成的電阻式溫度檢測器，又稱(chēng)為Ptl00溫度傳感器，即：
顯然，電阻與溫度呈非線(xiàn)性關(guān)系，但當測量精度要求較低時(shí)，電阻值與溫度的函數關(guān)系可以簡(jiǎn)化為：
實(shí)際應用中，Ptl00的連接方式可以為兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制或四線(xiàn)制。該系統采用三線(xiàn)制接法即可滿(mǎn)足要求。二線(xiàn)制連接時(shí)，由于引線(xiàn)電阻與Ptl00串聯(lián)，增大了電阻，會(huì )影響測量；三線(xiàn)制連接時(shí)，對Ptl00額外增加了第三條線(xiàn)，由于引線(xiàn)電阻具有相同特性，能夠對線(xiàn)電阻進(jìn)行補償；四線(xiàn)制連接時(shí)，可以實(shí)現Kelvin檢測，消除了兩線(xiàn)連線(xiàn)的壓差。
2 系統結構與工作原理
對PtlOO溫度傳感器進(jìn)行了硬件設計。其整個(gè)數據采集系統結構框圖如圖1所示。
圖1中，利用鉑熱電阻特性來(lái)檢測溫度，將溫度轉換成電壓信號；再通過(guò)V／l轉換單元，將電壓信號轉為4～20 mA的標準電流信號輸出，這樣既省去昂貴的補償導線(xiàn)，又提高了信號長(cháng)距離傳送過(guò)程中的抗干擾能力；在單片機系統上再由電流電壓轉換芯片RCV420將4～20 mA轉換為O～5 V電壓信號。經(jīng)過(guò)A／D轉換成數字信號，單片機系統把讀取到的數字信號進(jìn)行識別處理，并換算成與溫度對應的數字信號，最后再由液晶顯示器顯示輸出溫度值。CPU主要完成對A／D采集到的數據進(jìn)行處理，包括A／D值的濾波處理和A／D值向實(shí)際溫度轉換，最后送給顯示器顯示。
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