铂电阻温度测量系统设计.doc

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目录 第1章 总体方案与精度设计 1 1.1 不同方案分析与比对 1 1.2 传感器设计 1 第2章 总体方案设计 3 2.1 方案一 3 2.2 方案二 3 2.3 方案三 3 2.4 方案分析对比 3 2.5 小结 3 第3章 具体设计与特性分析 4 3.1 传感器设计 4 3.2 转换电路设计 4 3.3 传感器总体分析 4 3.4 使用条件和误差补偿 4 3.5 仿真实验 4 3.6 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总体方案与精度设计 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 Ω)是以温度系数TCR=0．003 851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A／D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，A／D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、A／D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A／D转换器共用参考基准，这样根据A／D转换器的计量比率变换原理，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。 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。 TCR=0.003851时的系数值 精度设计 总精度等级为1级，最大示值误差为1℃，因此考虑将电路部分分成两部分 按等精度分配原则，传感器部分为第一部分，第一部分精度为0.7。总电路部分为第二部分，第二部分精度为0.7。通过精度计算精度为0.99约等于1，可以认为符合精度要求。 传感器设计 使用材料：铂 使用温度范围：0~100℃ 电阻丝直径：0.03mm 电阻率：0.0981 引线：2m