PT100温度传感器测量电路

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1、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 C 至650 C的范围.本电路选择其工作在 T9 C至 500C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 0C 到 5

2、00C 的区间内,电阻值为 100 至 280.9Q，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C时的输出电压，见下面的表格:温度CPT100阻值Q传感两端电压mV0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42单片机的

3、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/C ) ,(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

4、C 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/C 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

5、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，

6、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： 2K Y 1!：也沖下.仗-麗；|PDO PD1 PBO/ANO VDD RESPC4PCSPB4/AN* PAOOSC2OSC1 vssVetAOUPA1scA2SDAVssA24(. .UPB&AN5PB6/AN6 PBAN?svur-llG 一PB3/AN3P

7、B2JAN2PB1AN146R23 DLDYIOOX-PAPFDPA2 PAI PA7JSCL PA5TSDA PA5J1NT PA4JTMR12877917lk*3Ik 5X31 LED IW I.KD2显示屏I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（PBO/ANO），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，

8、非全部表格内容）：传感电压mV/C内部AD读数校正系数124.3781供电电阻=3K92 1%，供电电压=5.000V 1%124.84500.46701.001.0000147.79420.468350.140.9972170.64140.462699.061.0095192.93260.4570146.801.0218214.68020.4515193.361.0343235.89610.4461238.791.0469256.59180.4407283.111.0597276.78980.4355326.361.0724296.47790.4302368.521.0854315.6891

9、0.4251409.651.0985334.42200.4201449.761.1117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

10、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

11、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 Q 的电阻来模拟PT100在0C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 Q的电阻来模拟PT100在500C 时传感器的电阻值，显示应该在 500字1字；最后，使用一只194Q的电阻来代替250C 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

12、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 5V 5%.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PtIOO,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT1OO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二Ro(1 + aT)Pt10

13、0 温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200C+850C;允许偏差值AC: A 级士(0.15+0.002 | t |) , B 级士(0.30+0.005 |t|)；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W5mA。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

14、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

15、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： -200-400C探头长度：5cm/10cm/15cm/20cm探头直径：5mm电阻变化：0.38510/C安装方式： 活动螺丝固定螺丝规格：M8*1.0一般 2 米，可订制长 引线长度： 度（专用引线）引线接法：接线方式： 接线叉套管材质：三线式不锈钢传感器件：PT （铂）PT100 温度传感器采用三线式接法的原因：PT100温度传感器0C时电阻值为1000，

16、电阻变化率为0.3851 Q/C。 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（RptlOO）作为电桥的一个桥臂电阻，将导 线一根（门）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：PT100选型图：FTIOO - rOFI探头长度05: 5cm10: 10cm1 5

17、: 1 5cm20: 20cm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,Resistanee Temperature Detector) 一一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，最为稳定一耐酸 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，

18、其电阻和 温度变化的关系式如下：R=Ro(1 + aT)其中a=0.00392,Ro为100Q (在0C的电阻值)，T为摄氏温度，因此白金作成的电阻式 温度传感器，又称为PT100PTLOQ隘度传感器分度表温度012356789C电阴值-Q0Iff. 52-1902.83役.4021.9721.5421. 11.20. 6&20.5.19.SZ19、詆10.95,-W027. 1626 6726.2475.8225.3924. 9724.5424:1123.6323.25-1T031.3430.9130. 4930 0729.6429. 2228.8028-3727.952-7.52-1603

19、5.5435.1234. TO34.2833.8633.4433.0232. 6032. 18-31.76-15039.7239/3138.8338.4738.0537.64式銘36.8036.3&35.96-14043.-8843.4643.054Z. 6342.2241.8041.i3940. 9740.564Cr. 14-1048.0047.5947. IB46.7?46.34S. 94-4S. 5345.i244.7044.29-12052. 1151.7051.2950.8850.4750. 0&49.6549.2448 8348 42-11056. 1555.795.5、3854.

20、9754.5654.1553.755:3452.-9352.52-too&CL朗59.8559.4459.0450.6358.2357. B257.41,57,0156.60：-90.&4.306.9063.43E3.0962.6S62.曲61.BS.61.47,61,0760.66,-8068.-3367.926T.567. 1266 1266.3165r9165.5165. 11珂.70-7072.3371.93T1：S3Tl. 1370.73TO; 3369.9369.5359. 13-68.73-6076.3375. 9375.53YS. 1374.7374.3375 .-937-3.

21、5373. 13-72.7-3-5080：3179.9179.5179. Lt.78. 72T8-3277.9277.5277. 1Z76 73-4084.27 83. 8783. 4&酎0882.698Z. 2981.8981.50SI. lCr甜.70-3088/2287.83ST. 4387 C486.6486! 258S. 8585. 4685.0684.67-2Ci1691.7791.3790.9890 S390.89. 8C89.4089.0188 62-1096.0995.6995. 5094.9194.524. 1293.739:3492. 959Z. 550100.0099.

22、 S199.2298.8398.4498.0497. 65g?. 2696,8796.480100.00100.39100.7S10-.17101.56101.95102.34102. T3103. 12103. 5110103,90104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107. 0210T.4D20107.79108. 18108.57108 96ICS 35109.73110. 1:110.51110 90111.2930111.67112.06112.4S1.12.83113.22113.61114.00114.38114. 7TIB. 15

23、40115.54115.93116.311.16.70117.08117.47117.-86118.24118.63U.Ol5tJ119. 40119120. 171-20.55120.94121.32121. TlI2.O9122.47123. 8660123. 24123. 63124.01124.39124 78125. 16125.54125. 93126.：1126.6970127.08127.46127 84128.22128.61128.99129.37129 T5130. 13130 5280130.90131.28131 66132.04132, 42132.80133. 1

24、8133,571395134.339CL134.71135.09135.47135.S5136.136.61136.9913T.-3713T. 7513S.13100133. 51138. 8S139. 26139.64140.02140 40140.78141 16141.54141.91110142.29142.67143.05143.43143.80144.18144.56144.94145.31145 69120146 07146. 44146.82147.20147.57147.95148.33148.70149.08143.46130149 83150.21150.58150.9&

25、151.33151.71152.08152.46152.83153.21140153. 58153.96154.33154.7.1155.OS155.46155.-83156.20156.58156. 95150157. 33157 70158. 07158.45158 8?159.19159.56159.94160.31160.68160161 05161.43161.80162.17162；5416i911S3.29163：66164.03164.40170164. 77165.14165.51165.89166.26166.63167.0016T/3T167 74168.11180168

26、.48168.85169.22169.9169 96170.33170.70171. or171.43f.171.80190172. 171T. 54172.91173.28175.6S174.02.174.38174.75175. 12175.4900175.86176.22176r. 59176.96177.33177.69178.06178 43178.79179. 1610179.53179.89180.26180. 63180 99181.36181.72182.09182.46182.82220183.19183.55183. 92,184.28184.65185 01185.38

27、185.74186. 11186.47230186 84187.20187.56187.93188.29188.66189.02189.38189.75190. 11240190. 47190.84191.20191.56191.92192.T9192.65193.01193.193.74250194 10194.46194.82195.18195.55195.91196.27196.63196.99197.35.260197 71198.07198.43198.79199 15199.51199.87200. 23200. 59200 9570201 31201.67202.03202.39

28、202:75203:11203. 472D3：；83204. 19鮎4. 5580204. 90205. 26205.62205.98206 3406.70207. 05207.41207. 7708. 13290208.妬，20S. 84209.20209.56209.91210 27210.63210.98211.S4211.70.,300.212.0521?. 4112.76213. 12213.： 48213. 83214. 19214.54214.90215.25档大全215,61215 96216.32216.67217.03217.38217.74218.09218 44218.0320219 15219.51219. 86220.21220.57220.92221:27221.63221.98222.33330222. 6823. 04223.39223.74224.09224.45224. 80225. 15225. 50225. 85340226. 21226. 56226.91227.26227.Bl227 96228.31228. 66229. OZ229. 37350229. 72230.07230.42230.77231.1Z23 L 47231. 82232. 17232. 52232. 87