基于Ptl00鉑熱電阻的溫度變送器設計與實現(xiàn)
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l Ptl00鉑熱電阻概述
電阻值隨溫度的變化程度稱為溫漂系數，大部分金屬材料的溫漂系數是正數，而且許多純金屬材料的溫漂系數在一定溫度范圍內保持恒定，具體應用中選用哪一種金屬材料(鉑、銅、鎳等)取決于被測溫度的范圍。金屬鉑(Pt)電阻的溫度響應特性較好，成本較低，可測量溫度較高；它在0 ℃的額定電阻值是100 Ω，是一種標準化器件。工作溫度范圍：-200～+850 ℃，考慮到工業(yè)的實際應用，本系統(tǒng)設計的測量范圍為0～120℃。因為熱敏電阻的阻值和溫度呈正比關系，只需知道流過該電阻的電流就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據已知的電阻-溫度關系，可以計算出被測量的溫度值。Ptl00溫度感測器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度檢測器，其電阻和溫度變化的關系式為：
式中：R0為O ℃下的電阻值，R0=10O Ω；T為攝氏溫度。
因此，用鉑做成的電阻式溫度檢測器，又稱為Ptl00溫度傳感器，即：
顯然，電阻與溫度呈非線性關系，但當測量精度要求較低時，電阻值與溫度的函數關系可以簡化為：
實際應用中，Ptl00的連接方式可以為兩線制、三線制或四線制。該系統(tǒng)采用三線制接法即可滿足要求。二線制連接時，由于引線電阻與Ptl00串聯(lián)，增大了電阻，會影響測量；三線制連接時，對Ptl00額外增加了第三條線，由于引線電阻具有相同特性，能夠對線電阻進行補償；四線制連接時，可以實現(xiàn)Kelvin檢測，消除了兩線連線的壓差。
2 系統(tǒng)結構與工作原理
對PtlOO溫度傳感器進行了硬件設計。其整個數據采集系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。
圖1中，利用鉑熱電阻特性來檢測溫度，將溫度轉換成電壓信號；再通過V／l轉換單元，將電壓信號轉為4～20 mA的標準電流信號輸出，這樣既省去昂貴的補償導線，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力；在單片機系統(tǒng)上再由電流電壓轉換芯片RCV420將4～20 mA轉換為O～5 V電壓信號。經過A／D轉換成數字信號，單片機系統(tǒng)把讀取到的數字信號進行識別處理，并換算成與溫度對應的數字信號，最后再由液晶顯示器顯示輸出溫度值。CPU主要完成對A／D采集到的數據進行處理，包括A／D值的濾波處理和A／D值向實際溫度轉換，最后送給顯示器顯示。
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