標(biāo)題: PT100鉑熱電阻詳細(xì)介紹及測溫電路 [打印本頁]
作者: 51黑科技 時間: 2016-2-3 20:02
標(biāo)題: PT100鉑熱電阻詳細(xì)介紹及測溫電路
pt100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。
應(yīng)用范圍：
醫(yī)療、電機、工業(yè)、溫度計算、阻值計算等高精溫度設(shè)備，應(yīng)用范圍非常之廣泛。
組成的部分
常見的pt1oo感溫元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它們是由鉑絲分別繞在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再經(jīng)過復(fù)雜的工藝加工而成
薄膜鉑電阻：用真空沉積的薄膜技術(shù)把鉑濺射在陶瓷基片上，膜厚在2微米以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)料把Ni（或Pd）引線固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成薄膜元件。
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Pt100 溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：
測量范圍：-200℃～+850℃；
允許偏差值△℃：A 級±（0.15＋0.002│t│）， B 級±（0.30＋0.005│t│）；
最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；
允通電流 ≤ 5mA。
另外，Pt100 溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。
鉑熱電阻的線性較好，在0~100 攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于0.5 攝氏度。
應(yīng)用領(lǐng)域
寬范圍、高精度溫度測量領(lǐng)域。如：
軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機，空調(diào)，熱水器等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。
汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機，烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。
供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制
常用電路圖
R2、R3、R4 和Pt100 組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431 穩(wěn)至2.5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入單片機。電橋的一個橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3 可以調(diào)整輸入到運放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點。
放大電路采用LM358 集成運算放大器，為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放大，如圖 5.1 所示，前一級約為10 倍，后一級約為3倍。溫度在0~100 度變化，當(dāng)溫度上升時，Pt100 阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓Av 對應(yīng)升高。
注意：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過TL431 穩(wěn)壓，但是整個模塊的電壓VCC 一定要穩(wěn)定，否則隨著VCC 的波動，運放LM358 的工作電壓波動，輸出電壓Av 隨之波動，最后導(dǎo)致A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動，測量結(jié)果上下跳變。
鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：
式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可見Pt100 在常溫0~100攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為：RPt=100（1+At），當(dāng)溫度變化1 攝氏度，Pt100 阻值近似變化0.39 歐。
Pt100 的分度表（0℃~100℃）
程序處理
一般在使用PT100 的溫度采集方案中，都會對放大器LM358 采集來的模擬信號AV進行溫度采樣，即進行A/D 轉(zhuǎn)換。
A/D 處理包括兩方面內(nèi)容，一是A/D 值的濾波處理，二是A/D 值向?qū)嶋H溫度轉(zhuǎn)換。由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過程當(dāng)中會出現(xiàn)采樣信號與實際信號存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號的高低波動，為了減小這方面原因造成的測量誤差，在實際采樣時采樣18 個點，然后再除去其中偏差較大的兩個點，即一個最大值和一個最小值，再對剩余的16 個點取均值，這樣得到的A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實際值。
在對數(shù)值進行濾波操作之后，還要將A/D 值轉(zhuǎn)換為溫度，常用的兩種方法為查表法和公式法：查表法比較麻煩，而且精度也不高，適合于線性化較差的NTC 溫度傳感器；公式法比較簡單，只需要確定比例系數(shù)K 和基準(zhǔn)偏差B 即可，適合于線性化較好的傳感器
溫度轉(zhuǎn)換的C 語言實現(xiàn)過程為：
fT = (ADC_data * K) – B; //換算成溫度值。
得到溫度后，一般還會對被控對象根據(jù)實際溫度和目標(biāo)溫度進行實時的控制，要又要設(shè)計到控制算法，如：模糊控制、PID 調(diào)節(jié)等。這里簡單介紹一下PID 控制原理，更多內(nèi)容請察看相關(guān)書籍。
PID 工作原理
PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，經(jīng)過長期的工程實踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。它不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)中，而且對于大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過程也可應(yīng)用，在眾多工業(yè)過程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。
由于來自外界的各種擾動不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進行。若擾動出現(xiàn)使得現(xiàn)場控制對象值(以下簡稱被控參數(shù))發(fā)生變化，現(xiàn)場檢測元件就會將這種變化采集后經(jīng)變送器送至PID 控制器的輸入端，并與其給定值(以下簡稱SP 值)進行比較得到偏差值(以下簡稱e 值)，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使調(diào)節(jié)器的開度增加或減少，從而使現(xiàn)場控制對象值發(fā)生改變，并趨向于給定值(SP 值)，以達(dá)到控制目的 ，如圖所示，其實PID 的實質(zhì)就是對偏差（e 值）進行比例、積分、微分運算，根據(jù)運算結(jié)果控制執(zhí)行部件的過程。
溫度控制PID 算法設(shè)計
利用了上面所介紹的位置式PID 算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值進行相減得偏差，然后再對之進行PID 運算產(chǎn)生輸出結(jié)果fOut，然后讓fOut 控制定時器的時間進而控制加熱器。為了方便PID 運算，首先建立一個PID 的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型用于保存PID 運算所需要的P、I、D 系數(shù)，以及設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息：
typedef struct PID
{
float SetPoint; // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value
float Proportion; // 比例系數(shù) Proportional Const
float Integral; // 積分系數(shù) Integral Const
float Derivative; // 微分系數(shù) Derivative Const
int LastError; // 上次偏差
int SumError; // 歷史誤差累計值
} PID;
PID stPID; // 定義一個stPID 變量
PID 運算的C 實現(xiàn)代碼
float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint )
{
int dError,Error;
Error = pp->SetPoint*10 － NextPoint; // 偏差，設(shè)定值減去當(dāng)前采樣值
pp->SumError += Error; // 積分，歷史偏差累加
dError = Error－pp->LastError; // 當(dāng)前微分，偏差相減
pp->PrevError = pp->LastError; // 保存
pp->LastError = Error;
return (pp->Proportion * Error+ pp->Integral * pp->SumError－ pp->Derivative * dError);
}
其中(pp->Proportion * Error)是比例項；
(pp->Integral * pp->SumError)是積分項；
(pp->Derivative * dError)是微分。
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PT100分度表
-50度 80.31歐姆
-40度 84.27歐姆
-30度 88.22歐姆
-20度 92.16歐姆
-10度 96.09歐姆
0度 100.00歐姆
10度 103.90歐姆
20度 107.79歐姆
30度 111.67歐姆
40度 115.54歐姆
50度 119.40歐姆
60度 123.24歐姆
70度 127.08歐姆
80度 130.90歐姆
90度 134.71歐姆
100度 138.51歐姆
110度 142.29歐姆
120度 146.07歐姆
130度 149.83歐姆
140度 153.58歐姆
150度 157.33歐姆
160度 161.05歐姆
170度 164.77歐姆
180度 168.48歐姆
190度 172.17歐姆
200度 175.86歐姆
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關(guān)于電路圖的討論
PT100是精度很高的鉑銠電阻
測量溫度上限13x~~~~~忘了~~~
總之精度很高的說撒
樓主用這等運放實在是
導(dǎo)致精度很差
以前我們單位做過這個項目，
用的是軍用級的OP07，效果不錯的
工業(yè)的也可以，既然你選擇了這么貴的傳感器
就要用好運放
不然18B20就可以了的說撒哈~~~~
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XTR105 （挺貴的 20多 好像） 4-20mA CURRENT TRANSMITTER with Sensor Excitation and Linearization
Versatile linearization circuitry provides a 2nd-order correction to the RTD, typically achieving a 40:1 improvement in linearity.
改善pt100的線性度
高精度鉑電阻測溫電路設(shè)計文檔信息
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Pt100如果是2線制，可靠性只能保持10米以內(nèi)，3線制可以是25米。我們選用了3線制的，傳輸距離達(dá)到115米，咨詢了廠家，說我們訂制的RVVP3*0.3mm2補償導(dǎo)線細(xì)了，應(yīng)該選用截面積1.0mm2的�，F(xiàn)在采用了14*1.0mm2的KVV導(dǎo)線，等待著即將做出的實驗結(jié)果。
下午結(jié)果出來了，2個3線Pt100，一個與溫控表直連，一個接14*1.0mm2電纜與115米以外的溫控表連接。測常溫和熱水的溫度，結(jié)果完全一致。實踐證明，只要線徑足夠，Pt100是可以長距離連接的�？刂齐娎|即可。
誰知道PT100為啥要用3根線
兩線制熱點阻的延長線也有電阻，并上一根線可以抵消環(huán)境溫度帶給導(dǎo)線電阻的影響，使二次表顯示準(zhǔn)確的溫度
兩條顏色相同的紅線實際上是接在PT100上同一點的(用萬用表測量為短路),其中一條是用來做測量的,另外一條是用來測量該點的電壓(此回路的電阻很大所以不會對檢測構(gòu)成影響),相當(dāng)于一個電壓的反饋,這就消除了在線路上的電壓降對測量帶來的誤差.
一根是補償線
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兩線制：
傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高，用于測量精度要求不高的場合，并且導(dǎo)線的長度不宜過長。
三線制：
要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時，導(dǎo)線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響。采用三線制會大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。
四線制：
當(dāng)測量電阻數(shù)值很小時，測試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流，另兩條測試線測量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降，計算得出電阻值
在橋式電路中，為了減小熱電阻阻值隨溫度變化對支路電流的影響并限制流過熱電阻的電流，組成電橋的兩個支路的上電阻通常取熱電阻阻值的幾十倍，其值達(dá)到 10-50K（和橋路供電電壓有關(guān)） ，下電阻一般和熱電阻某溫度下阻值相同。測量時取兩者的電位差。雖然如此，熱電阻阻值隨溫度變化對支路電流的影響還是會造成輸出的非線性，通常需要做一定補償。
如果直接測量阻值，應(yīng)該采用恒流源給熱電阻供電，熱電阻阻值變化時支路電流保持恒定，熱電阻壓降為線性較好的溫度函數(shù)。
放大前應(yīng)該做濾波處理或者在放大電路中加積分元件。
Ø 怎樣判斷pt100的好壞,用萬用表能測量么?
根據(jù)分度表參照當(dāng)時溫度看阻值是否相符
Ø 通常情況下是這樣的，將一個基準(zhǔn)電壓加在pt100回路上，測量pt100上的電壓信號（mv），阻值變化是電壓信號自然也變化，再經(jīng)過運放放大后進入A/D芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過程序再將電壓信號換算成電阻值，采用查表方式（將電阻值和相對應(yīng)的溫度值做成表格放到芯片rom中）的到溫度值。
Ø 一般短距離選用二線制接法，中距離選用三線制接法，要求精度高、近距離選用四線制接法。三線制比兩線制的好處是可以補償線路電阻的偏差，和抗干擾不是一個概念。三種各自的優(yōu)缺點有許多說法，不一而足 二線制不能消除導(dǎo)線電阻的影響。四線制可以消除導(dǎo)線電阻的影響。四線制的PT100有兩根線是用于測量的,另兩根是用于補償?shù)?font face="Times New Roman">,四線制的PT100有兩根線（熱電阻兩端各一根）是提供電流的，另兩根是采集電壓的。具體用哪種電路應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)要求決定，如果精度要求一般，采用三線是經(jīng)濟、穩(wěn)定、實用的選擇
Ø 輸入（3根線）、輸出、電源三隔離為四線制，設(shè)備在控制室；輸入（3根線）、輸出、電源三不隔離為三線制，設(shè)備在控制室或傳感器內(nèi)；輸入（3根線）、（輸出、電源共用2根線）三不隔離為二線制，設(shè)備在傳感器內(nèi)、為一體化
Ø 由于微處理器的發(fā)展，可對Pt100的非線性進行校正，因此Pt100傳感器大都采用四線制測量法(非橋路法)，其測量原理
Pt100傳感器四線制測量電路
Pt100兩端電壓U1=ISRt。IS為恒流，Rt為Pt100阻值。
引線L1、L2存在電阻會影響測量結(jié)果，為此，將L1、L2端口處信號輸入高輸入電阻抗(＞1012Ω)，差分放大，這樣L1、L2中電流≈0，L1、L2電阻可忽略不計，所以有Ui=U1。這也消除了引線電阻。
Ø 模擬熱電偶測試
最準(zhǔn)的校法就是用電阻箱了，多路也只有一個一個慢慢來。熱電偶用毫伏計 模擬輸出校二次表，毫伏計同樣可以測量熱電偶。這些都不難，難的是建立一個標(biāo)準(zhǔn)的恒定的溫場。
Ø 電壓和溫度的關(guān)系一般是非線性的，對于8位單片機還是查表法好
作者: 七顆星星 時間: 2016-10-23 22:49
請問一下，那個后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換電路是怎么樣的呢？
作者: weiqunfeng 時間: 2016-11-2 10:35
學(xué)習(xí)了，謝謝樓主的資料！
作者: xiaogui46 時間: 2016-11-9 11:47
學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)，很全面
作者: robter 時間: 2017-2-17 08:05
很好很好，謝謝樓主的資料！
作者: zhanghaiw 時間: 2017-9-29 08:33
真好寫的！
作者: young2157 時間: 2018-5-5 17:17
請問要測100度以上的溫度應(yīng)該如何調(diào)整電路？
作者: ETETCHEN 時間: 2018-11-12 17:06
樓主有沒有PT100 或者PT1000 + OP07 的溫度采集應(yīng)用電路，可以發(fā)一份參考么�？梢园l(fā)到我郵箱么，769186390@qq.com
作者: hncan 時間: 2018-11-19 11:39
PT100和NTC有一定的區(qū)別
作者: 影燭光 時間: 2019-3-12 10:28
這樣電流不會超過1mA嗎
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