溫度傳感器PT100的應(yīng)用
使用溫度傳感器為 PT100,這是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200℃ 至 650℃ 的范圍.本電路選擇其工作在 -19℃ 至 500℃ 范圍.
整個(gè)電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換和顯示,控制,軟件非線性校正等部分.
前置放大部分原理圖如下:
工作原理:
傳感器的接入非常簡(jiǎn)單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過(guò)一支 3K92 的電阻就連接到 PT100了.這種接法通常會(huì)引起嚴(yán)重的非線性問(wèn)題,但是.由于有了單片機(jī)的軟件校正作為后盾,因此就簡(jiǎn)化了傳感器的接入方式.
按照 PT100的參數(shù),其在 0℃ 到 500℃ 的區(qū)間內(nèi),電阻值為 100 至 280.9Ω,我們按照其串聯(lián)分壓的揭發(fā),使用公式:Vcc/(PT100+3K92)* PT100 = 輸出電壓(mV),可以計(jì)算出其在整百℃時(shí)的輸出電壓,見下面的表格:
溫度℃ | PT100 阻值 Ω | 傳感兩端電壓 mV |
0 | 100.00 | 124.38 |
1 | 100.39 | 124.8 |
50 | 119.40 | 147.79 |
100 | 138.51 | 170.64 |
150 | 157.33 | 192.93 |
200 | 175.86 | 214.68 |
250 | 194.10 | 235.90 |
300 | 212.05 | 256.59 |
350 | 229.72 | 276.79 |
400 | 247.09 | 296.48 |
450 | 264.18 | 315.69 |
500 | 280.98 | 334.42 |
單片機(jī)的 10 位 A/D 在滿度量程下,最大顯示為 1023 字,為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 500 字時(shí)的單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換輸入電壓,必須對(duì)傳感器的原始輸出電壓進(jìn)行放大,計(jì)算公式為:(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓( mV/℃ ) ,(Vcc=系統(tǒng)供電=5V),可以得到放大倍數(shù)為 10.466 。
關(guān)于放大倍數(shù)的說(shuō)明:有熱心的用戶朋友詢問(wèn),按照 (500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到 10.466 的結(jié)果,而是得到 11.635的結(jié)果。實(shí)際上,500 個(gè)字的理想值是無(wú)法靠電路本身自然得到的,自然得到的數(shù)字僅僅為 450 個(gè)字,因此,公式中的 500℃ 在實(shí)際計(jì)算時(shí)的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其實(shí),計(jì)算的方法有多種,關(guān)鍵是要按照傳感器的 mV/℃ 為依據(jù)而不是以被測(cè)溫度值為依據(jù),我們看看加上非線性校正系數(shù):10.47*1.1117=11.639499 ,這樣,熱心朋友的計(jì)算結(jié)果就吻合了。
運(yùn)算放大器分為兩級(jí),后級(jí)固定放大 5 倍(原理圖中 12K/3K+1=5),前級(jí)放大為:10.465922/5=2.0931844 倍,為了防止調(diào)整時(shí)的元器件及其他偏差,使用了一只精密微調(diào)電位器對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào),可以保證比較準(zhǔn)確地調(diào)整到所需要的放大倍數(shù)(原理圖中 10K/(8K2+Rw)+1)。
通常,在溫度測(cè)量電路里,都會(huì)有一個(gè)“調(diào)零”和另一個(gè)“調(diào)滿度”電位器,以方便調(diào)整傳感器在“零度”及“滿度”時(shí)的正確顯示問(wèn)題。本電路沒有采用兩只電位器是因?yàn)橹灰傲愣取闭{(diào)整準(zhǔn)確了,就可以保證整個(gè)工作范圍的正確顯示,當(dāng)然也包括滿度時(shí)的最大顯示問(wèn)題了。
那么,電路中對(duì)“零度”是如何處理的呢?它是由單片機(jī)程序中把這個(gè)“零度”數(shù)字直接減掉就是了,在整個(gè)工作范圍內(nèi),程序都會(huì)自動(dòng)減掉“零度”值之后再作為有效數(shù)值來(lái)使用。
當(dāng)供電電壓發(fā)生偏差后,是否會(huì)引起傳感器輸入的變化進(jìn)而影響準(zhǔn)確度呢?供電變化后,必然引起流過(guò)傳感器的電流發(fā)生變化,也就會(huì)使傳感器輸出電壓發(fā)生變化??墒?,以此同時(shí),單片機(jī)的供電也是在同步地接受到這種供電變化的,當(dāng)單片機(jī)的 A/D 基準(zhǔn)使用供電電壓時(shí),就意味著測(cè)量基準(zhǔn)也在同步同方向發(fā)生變化,因此,只要參數(shù)選擇得當(dāng),系統(tǒng)供電的變化在 20% 之內(nèi)時(shí),就不會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。(通常單片機(jī)系統(tǒng)并不允許供電有過(guò)大的變化,這不僅僅是在溫度測(cè)量電路中的要求。)
標(biāo)簽: PT100