PT100 温度传感器测量电路 温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可 以工作在 -200 至 650 的范围.本电路选择其工作在 -19 至 500 范围。 整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转 换和显示,控制,软件非线性校正等部分。 前置放大部分原理图如下： 工作原理: 传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻 就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有 了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式. 按照 PT100 的参数,其在 0 到 500 的区间内,电阻值为 100 至 280.9，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百时的输出电压，见下面 的表格：温度 PT100 阻值 传感两端电压 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 单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得 到 PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压， 必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc) /传感器两端电压( mV/ ) ，（Vcc系统供电5V），可以得到放大倍 数为 10.466 。 关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。 实际上，500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数 字仅仅为 450 个字，因此，公式中的 500 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)10.47 。其实，计算的 方法有多种，关键是要按照传感器的 mV/ 为依据而不是以被测温度值 为依据，我们看看加上非线性校正系数：10.47*1.1117=11.639499 ，这 样，热心朋友的计算结果就吻合了。 运算放大器分为两级，后级固定放大 5 倍（原理图中 12K/3K+1=5）， 前级放大为：10.465922/5=2.0931844 倍,为了防止调整时的元器件及其 他偏差，使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调，可以保证比较 准确地调整到所需要的放大倍数(原理图中 10K/(8K2+Rw)+1)。通常，在温度测量电路里，都会有一个“调零”和另一个“调满度” 电位器，以方便调整传感器在“零度”及“满度”时的正确显示问题。本 电路没有采用两只电位器是因为只要“零度”调整准确了，就可以保证整 个工作范围的正确显示，当然也包括满度时的最大显示问题了。 那么，电路中对“零度”是如何处理的呢？它是由单片机程序中把这 个“零度”数字直接减掉就是了，在整个工作范围内，程序都会自动减掉 “零度”值之后再作为有效数值来使用。 当供电电压发生偏差后，是否会引起传感器输入的变化进而影响准确 度呢？供电变化后，必然引起流过传感器的电流发生变化，也就会使传感 器输出电压发生变化。可是，以此同时，单片机的供电也是在同步地接受 到这种供电变化的，当单片机的 A/D 基准使用供电电压时，就意味着测 量基准也在同步同方向发生变化，因此，只要参数选择得当，系统供电的 变化在 20% 之内时，就不会影响测量的准确度。(通常单片机系统并不允 许供电有过大的变化，这不仅仅是在温度测量电路中的要求。） 后级单片机电路的原理图如下：从传感器前置放大电路输出的信号，就送入到 HT46R23 的 A/D 转换输入端口 （PB0/AN0），由单片机去进行各种必需的处理。首先是进行软件非线性校正，把输入 信号按照不同的温度值划分为不同段，再根据其所在的段分别乘以不同的补偿系数， 令其与理论值尽量接近，经过非线性校正的数字，才被送去进行显示，比较用户设定 的控制值等等。 各段的非线性补偿系数见下列表格（仅仅列出主要段的数据，非全部表格内容）： 传感电压 mV/ 内部 AD读 数 校正系数 124.3781 供电电阻=3K921%,供电电压=5.000V1% 124.8450 0.4670 1.00 1.0000 147.7942 0.4683 50.14 0.9972 170.6414 0.4626 99.06 1.0095 192.9326 0.4570 146.80 1.0218 214.6802 0.4515 193.36 1.0343 235.8961 0.4461 238.79 1.0469 256.5918 0.4407 283.11 1.0597 276.7898 0.4355 326.36 1.0724 296.4779 0.4302 368.52 1.0854 315.6891 0.4251 409.65 1.0985 334.4220 0.4201 449.76 1.1117 本电路还有一个特点，就是用户可以在工作范围内，任意设定 3 个 超限控制值。当测量显示值大于设定值的时候，对应的控制端口就会输出 高电平。利用这个高电平信号，再外接一级三极管驱动继电器的电路，就 可以实现自动控制。在某一个控制端口输出高电平的同时，与之串联的 LED 发光管会同时点亮，以便提示使用者是哪一个设定值在输出控制信号。 电路中的 24C02 是电存储器，可以把使用者设定的控制值可靠地保 存起来，即使掉电也不会丢失数据。 电路图中还有 3 只按键，它们分别是“设定”、“加置数”和“减 置数”操作按键，用于使用者进行超限值的设置。使用方法如下：按动一下设定键，屏幕显示“1-”，表示现在进入第一个超限值的 设置，三秒后屏幕自动跳转到显示“*”并闪烁(* 代表原来电存储器 里储存的超限数值)，然后，按压加数键(或减数键)，屏幕上的最低位的 数字就会加一(或减一)，如果按住按键三秒以上不放开，屏幕上的前两位 数字就会快速进行加数(或减数)。把屏幕上的数字调整到所需要的数字后， 这个超限值就设置完成了。 接着，再按动一下设定键屏幕显示“2-”，表示现在进入第二个超 限值的设置，三秒后屏幕自动跳转到显示“*”并闪烁.,接下来的操 作与第一个超限值的操作完全一样。 第三个超限值的设置与上面两个完全一样。 当设置好 3 个超限值之后，还必须最后按动一下设定键，退出设定 状态而返回正常工作状态。如果忘记了这最后一次按动退出的操作，程序 就会等待 10 秒之后，自动返回正常工作状态。 简易调试方法: 可以使用 100 的电阻来模拟 PT100 在 0 的阻值,接入传感器输入端， 看看显示是否 =000,如果不对,可以调整微调电位器来达到;然后用一只 281 的电阻来模拟 PT100 在 500 时传感器的电阻值,显示应该在 500 字1 字；最后，使用一只 194 的电阻来代替 250 传感器电阻 输入,应该显示 2501 字.如果经过上面调试没有问题,就可以接入真正 的 PT100 传感器投入使用了.（真正的传感器也有误差，可以微调一下前 置放大的电位器来校正它。） 在实际工作中，要求电路的供电电压为 5V5%.如果测量显示值大于 某一个超限值，对应的控制端口就会立即输出高电平。 如果传感器发生开路故障,显示就会出现“HHH“,如果传感器及其引线 发生了短路,显示就会立即出现“LLL“.为了防止传感器出现开路或者短路 之后可能会引起的不良后果，这时候，3 个控制输出端口都会优先关闭。PT100 温度传感器的接线方式 Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器是一种以铂(Pt)作 成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下： R=Ro(1+T) Pt100温度传感器的主要技术参数如下： 测量范围：-200+850； 允许偏差值：A级（0.150.002t）， B级 （0.300.005t）； 热响应时间30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流5mA。 另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高 压等优点。 PT100温度传感器三根芯线的接法 PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C（或黑、红、黄） 来代表三根线,三根线之间有如下规律： A与 B或C之间的阻值常温下在110欧左右,B与C之间为0欧,B与C 在内部是直通的,原则上B与C没什么区别. 仪表上接传感器的固定端子有三个： A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上的另外 两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得接上，。如果中间接有加 长线,三条导线的规格和长度要相同。 热电阻的3线和4线接法：是采用2线、3线、4线，主要由使（选） 用的二次仪表来决定。 一般显示仪表提供三线接法，PT100一端出一颗线，另一端出两颗线， 都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。一般PLC为四线，每端出两颗线，两颗接PLC输出恒流源，PLC通过 另两颗测量PT100上的电压，也是为了抵消导线电阻，四线精确度最高， 三线也可以，两线最低，具体用法要考虑精度要求和成本 PT100温度传感器 产品特征 1、不锈钢套管封装，经久耐用 2、活动螺丝固定，使用方便 3、按照国际IEC751国际标准制造，即插即用 4、多种探头尺寸可选、适应面广 5、高精度、高稳定、高灵敏 6、外形小巧，经济实用 特性指标 测温范围: -200-400 探头长度: 5cm/10cm/15cm/20cm 探头直径: 5mm 电阻变化: 0.3851/ 安装方式: 活动螺丝固定 螺丝规格: M8*1.0 引线长度: 一般2米，可订制 长度（专用引线） 引线接法: 三线式 接线方式: 接线叉 套管材质: 不锈钢 传感器件: PT（铂）PT100温度传感器采用三线式接法的原因： PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。 由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式 接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下： PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的 电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导 线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的 桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电 桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响 尺寸图： 接线图：选型图：此温度传感器为通用型产品，即插即用，用户在选型时只需要讲明探头的长度。 PT100 原理及分度表 电阻式温度传感器(RTD,Resistance Temperature Detector)一种物质材料作成的 电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为 正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式 温度传感器是以金属作成的,其中以铂(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、 不会变质、相当线性.,最受工业界采用。 PT100 温度传感器是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻 和温度变化的关系