基于Ptl00铂热电阻的温度变送器设计与实现
l Ptl00铂热电阻概述
电阻值随温度的变化程度称为温漂系数，大部分金属材料的温漂系数是正数，而且许多纯金属材料的温漂系数在一定温度范围内保持恒定，具体应用中选用哪一种金属材料(铂、铜、镍等)取决于被测温度的范围。金属铂(Pt)电阻的温度响应特性较好，成本较低，可测量温度较高；它在0 ℃的额定电阻值是100 Ω，是一种标准化器件。工作温度范围：-200～+850 ℃，考虑到工业的实际应用，本系统设计的测量范围为0～120℃。因为热敏电阻的阻值和温度呈正比关系，只需知道流过该电阻的电流就可以得到与温度成正比的输出电压。根据已知的电阻-温度关系，可以计算出被测量的温度值。Ptl00温度感测器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度检测器，其电阻和温度变化的关系式为：
式中：R0为O ℃下的电阻值，R0=10O Ω；T为摄氏温度。
因此，用铂做成的电阻式温度检测器，又称为Ptl00温度传感器，即：
显然，电阻与温度呈非线性关系，但当测量精度要求较低时，电阻值与温度的函数关系可以简化为：
实际应用中，Ptl00的连接方式可以为两线制、三线制或四线制。该系统采用三线制接法即可满足要求。二线制连接时，由于引线电阻与Ptl00串联，增大了电阻，会影响测量；三线制连接时，对Ptl00额外增加了第三条线，由于引线电阻具有相同特性，能够对线电阻进行补偿；四线制连接时，可以实现Kelvin检测，消除了两线连线的压差。
2 系统结构与工作原理
对PtlOO温度传感器进行了硬件设计。其整个数据采集系统结构框图如图1所示。
图1中，利用铂热电阻特性来检测温度，将温度转换成电压信号；再通过V／l转换单元，将电压信号转为4～20 mA的标准电流信号输出，这样既省去昂贵的补偿导线，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力；在单片机系统上再由电流电压转换芯片RCV420将4～20 mA转换为O～5 V电压信号。经过A／D转换成数字信号，单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理，并换算成与温度对应的数字信号，最后再由液晶显示器显示输出温度值。CPU主要完成对A／D采集到的数据进行处理，包括A／D值的滤波处理和A／D值向实际温度转换，最后送给显示器显示。
评论