PT100高精度温度测量.doc

仪器科学与光电工程学院 智能温湿度测量记录仪 研究报告 光信息科学与技03级3班科技创新小组 其功能如下： 1.测量空间多点的温度和湿度：根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度、湿度传感器对关键温、湿度敏感点进行测量，由安装于仪器内的单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温湿度的智能、多空间点的测量。 2.长时间测量数据记录功能：可以根据需要设置数据记录时间间隔，数据存入数据存储器。 3.通讯功能：与计算机通讯功能，采用RS232串行通讯方式 最远传输距离为20米。采用此通讯方式成本低。 测温范围： -20℃ ～ 100℃ 测温精度：±0.1℃ 测湿范围： 0～100%RH 测湿精度：±3.5%RH 测量仪特点： 1． 长周期数据自动记录 2． 空间温度场、湿度场测量 3. 精度较高 4. 价格低廉 2. 研究内容 2.1 总体方案设计 以单片机为控制核心，采用温湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。该系统，可分为温度信号调理电路，湿度信号调理电路，A/D转换及滤波电路，数据存储及显示电路。选用的主要器件有：温度传感器PT100，湿度传感器HIH-4000-1，Atmel89C52，A/D转换器ICL7109，数据存储器28C64或6264，液晶显示模块GXM12232E，模拟开关CD4051，MAX232，高精度集成运算放大器OP07。 2.2 各部分电路设计 2.2.1温度信号调理电路 采用Pt100温度传感器，利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值有一定的函数变化,这个温度/阻值函数，需要用程序来实现。 其特点是精度高，稳定性好，适合于较高要求的工业、计量测试等使用要求。 Pt100传感器温度/阻值对应关系为： （1）-200℃t0℃时，RPt100=100[1+At+Bt2+Ct3（t-100）]??????? （1） （2）0℃≤t≤850℃时，RPt100=100（1+At+Bt2）????????????????? （2） 式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12 图2.2.1是根据所选择的温度传感器而设计的调理电路。在该电路中，根据要求的温度测量范围-20℃——100℃及ADC的满度电压-4.096V——4.096V，将放大电路的放大倍数控制在100倍左右较为合适。这通过调节电位器W2实现。在0℃是，应调节W1，使电桥达到平衡。 2.2.2湿度信号调理电路 选用的湿度传感器HIH-4000-1芯片内具有信号处理功能，该传感器的线性电压输出可直接输入A/D中。 该元件具有多层结构，能适应环境的不利因素，像在潮湿，灰尘，污垢，油类等环境中具较强的抗力。 另外该传感器还有精度高，体积小巧便于安装，响应时间短，互换性较好等优点。 可以根据该传感器的技术要求，由软件来实现温度补偿，提高测量精度，其特性曲线见图2.2.2.1。 根据上述传感器特性曲线，设计了图2.2.2.2所示的电路图。 2.2.3滤波电路及AD转换电路 2.2.3.1滤波电路 温湿度传感器的输出信号经过各自的信号调理电路之后，由于元器件，电缆线，电源等噪声的干扰，输出波形会发生变化。此时可根据系统的特性设置一低通滤波器，具体电路如图所示；一般系统要求在较稳定的环境下工作，信号的频率一般在几个赫兹以内即可。带通增益为1，此滤波电路的截止频率为5HZ。 2.2.3.2 AD转换电路 A/D是该系统中连接模拟部分和数字部分的纽带，把传感器部分的模拟信号转变成为单片机系统所需要的数字信号。考虑到仪器用于环境温度变化并非剧烈的情况下，传感器输出信号是较稳定的模拟信号，对ADC 的转换速率要求不高，可以选用高精度，低噪声，低漂移，低价格的12位双积分式A/D转换器ICL7109。其输出数据为12位二进制数，配有较强的接口功能，可以较