PDF《一种利用 Pt100 的高精度测温方法》

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1 - 一种利用 Pt100 的高精度测温方法 孙卫兵,魏同宇,胡明,任子晖 中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 (221008) E-mail:[email protected] 摘要:本文介绍了铂热电阻Pt100的特性和采用Pt100测量温度的一般原理,重点论述了提 高Pt100测量精度的3种方法:1.导线电阻补偿;

2.数字滤波减少随机误差;

3.插值算法校正传 感器的非线性.本方案分利用了单片机的数据处理能力,实现-200-650℃范围内温度的高精 度测量. 关键词:Pt100,高精度,温度测量,单片机 中图分类号:TP212.9 1. 引言 在工业生产过程中, 温度一直都是一个很重要的物理参数, 温度的检测和控制直接和安 全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系,因此在国民经济的各 个领域中都受到了人们的普遍重视. 温度检测类仪表作为温度测量工具, 也因此得到广泛应 用. 由于传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低下,已经不能适应高速发 展的现代化工业. 随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展, 以单片机为主的嵌入式系统 已广泛应用于工业现场, 新型的电子测温仪器不仅操作简单, 而且精度比传统仪器有很大提 高.目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻,例如铂热电阻 Pt100就是使用最广泛的传感器之一. 2. Pt100 的特性 铂电阻是用很细的铂丝(Ф0.03~0.07mm)绕在云母支架上制成,是国际公认的高精度测 温标准传感器.因为铂电阻在氧化性介质中,甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定,因 此它具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点.因此铂电阻在中温(-200~650℃)范围内得到 广泛应用.目前市场上已有用金属铂制作成的标准测温热电阻,如Pt

100、Pt

500、Pt1000等. 它的电阻―温度关系的线性度非常好,如图1所示是其电阻―温度关系曲线,在-200~650℃ 温度范围内线性度已经非常接近直线. 铂电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示[1] : 在0~650℃范围内: Rt =R0 (1+At+Bt2 ) 在-190~0℃范围内: Rt =R0 (1+At+Bt2 +C(t-100)t3 ) 式中 A、B、C 为常数, A=3.96847*10-3;

B=-5.847*10-7;

C=-4.22*10-12;

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2 - 图1Pt100 的电阻―温度关系曲线 Rt 为温度为 t 时的电阻值;

R0 为温度为 0℃时的电阻值,以Pt100 为例,这种型号的铂 热电阻,R0 就等于 100?,即环境温度等于

0 度的时候,Pt100 的阻值就是 100?.当温度变 化的时候, Pt100 的电阻也随之变化, 通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度. 在实际应用中,一般使用单片机来进行温度的计算,由于该表达式比较复杂,用单片机处理 这样的计算过程,将会占用大量的资源,程序的编写上也相当复杂,所以一般采用先查表, 再插值的方法换算出温度. 3. Pt100 测温原理 Pt100 是电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变 化转换成电压或电流等模拟信号, 再将模拟信号转换成数字信号, 再由处理器换算出相应温 度.采用 Pt100 测量温度一般有两种方案[2] : 1.设计一个恒流源通过 Pt100 热电阻,通过检测 Pt100 上电压的变化来换算出温度;

2.采用惠斯顿电桥[3] , 电桥的四个电阻中三个是恒定的, 另一个用 Pt100 热电阻, 当Pt100 电阻值变化时,测试端产生一个电势差,由此电势差换算出温度. 两种方案的区别只在于信号获取电路的不同,其原理上基本一致,如图