铂电阻温度测量系统设计.doc
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除传感器及变送电路学年设计报告铂电阻温度测量系统设计 姓名: 班级:学号: 2013年12月27日不要删除行尾的分节符,此行不会被打印【精品文档】第 9 页目录第1章 总体方案与精度设计11.1 不同方案分析与比对11.2 传感器设计1第2章 总体方案设计32.1 方案一32.2 方案二32.3 方案三32.4 方案分析对比32.5 小结3第3章 具体设计与特性分析43.1 传感器设计43.2 转换电路设计43.3 传感器总体分析43.4 使用条件和误差补偿43.5 仿真实验43.6 小结5总结6参考文献7附录8千万不要删除行尾的分节符,此行不会被
2、打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 总体方案与精度设计1.1 不同方案分析与比对方案一:Pt100电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度。采用惠斯顿电桥,电桥的四个电阻中三个是恒定的,另一个用Pt100热电阻,当Pt100电阻值变化时,测试端产生一个电势差,由此电势差换算出温度。以78E51单片机为处理器,采用恒流源为信号获取电路的测温方案,恒流源通过Pt100热电阻,温度变化引起Pt100电阻值的变
3、化,从引起电压的变化,放大后经AD采用后,送由单片机处理,换算出相应温度。为了达到高精度、宽量程的测温要求,选用的是AD转换芯片是12位串行AD芯片MAX1270。 方案二:铂电阻传感器是利用金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化的物理特性而制成的温度传感器。以铂电阻作为测温元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值。按照IEC751国际标准,现在常用的Pt1000(Ro=1 000 )是以温度系数TCR=0003 851为标准统一设计的铂电阻。本温度测量系统采用三线制恒流源驱动法驱动铂电阻传感器。三线制恒流源驱动法是指用硬件电路消除铂电阻传感器的固定电阻(零度电阻),直接测
4、量传感器的电阻变化量。图l为三线制恒流源驱动法高精度测量方案,参考电阻与传感器串联连接,用恒流源驱动,电路各元件将产生相应的电压,传感器因温度变化部分电阻的电压可以由后面的放大电路和AD转换器直接测量,并采用2次电压测量交换驱动电流方向,在每个电流方向上各测量一次。其特点是直接测量传感器的电阻变化量,AD转换器利用效率高,电路输出电压同电阻变化量成线性关系。传感器采用三线制接法能有效地消除导线电阻和自热效应的影响。利用单片机系统控制两次测量电压可以避免接线势垒电压及放大器、AD转换器的失调与漂移产生的系统误差,还可以校准铂电阻传感器精度。恒流源与AD转换器共用参考基准,这样根据AD转换器的计量
5、比率变换原理,可以消除参考基准不稳定产生的误差,不过对恒流源要求较高,电路结构较为复杂。为了进一步克服噪声和随机误差对测量精度和稳定度的影响,最后在上位机中采用MLS数值算法实现噪声抵消,大大提高了温度测量精度和稳定度。 一般pt1000的反应灵敏度比pt100的高,测量温度范围是-200-800度,pt1000适合测量小量程温度变化(原因是温度变化一度阻值增大和减小3.8欧姆,后级电路容易检测),pt100适合测量稍大量程的温度变化(原因是温度变化一度,阻值增大和减小0.38欧姆),有些场合二者皆适合。这次实验需要测得温度是0-100度,属于小量程的测温,因此选择Pt1000作为本课题的温度
6、传感器。1.2 传感器设计1.铂的物理、化学性能非常稳定,它具有以下特性:(1) 熔点高达1768,无论化学性质,还是电学性质都非常稳定。(2) 富有延展性,容易加工成极细的金属丝。(3) 电阻-温度特性呈良好的线形。温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量,通过研究发现,金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性,利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器,通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100,电阻变化率为0.3851/。铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区(-20
7、0650)最常用的一种温度检测器,不仅广泛应用于工业测温,而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。铂电阻的温度系数TCR按IEC751国际标准,温度系数TCR=0.003851,Pt100(R0=100)、Pt1000(R0=1000)为统一设计型铂电阻。TCR=(R100-R0)/(R0100)其中传感器结构图 接线方式又可分为:两线制、三线制和四线制,详细如下。 两线制:传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值,由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高,用于测量精度要求不高的场合,并且导线的长度不宜过长。三线制:要求引出的三根导线截面积和长度均相
8、同,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,当桥路平衡时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差,但是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,工业上一般都采用三线制接法。四线制:是热电阻测温理想的接线方式。四线制不在使用桥式电路而是采用恒流源的方式,四线分为恒流源动力引线和驱动引线两部分。恒流源驱动电路中 PT1和 PT4两条引线属于恒流源动力引线,负责将铂电阻传感器连接到恒流源,仪用放大电路中 P
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