PT100温度变送器设计讲解

1、电子检测装置设计实践题目PT100温度变送器的设计姓名:学号:成绩:西安理工大学信息与控制工程系日22月1年2016 .总成绩验收成验收（抽样）结结均方根误名精度/排名 最终排名报告成绩报告评价学生成绩包括两个部分：检测装置验收和报告。检测装置验收得分：根据验收测试的4组数据计算得到均方根误差和精度，将其各自排名，排名的结果相加，再排名，根据排名得到每个人的验收得分。50%最终得分：验报告得分：根据电路设计、计算，电路图绘制，结果分析，综合得分。收和报告各占.电子检测装置设计实践 项目设计说明书项 目：PT100温度变送器的设计姓名：学号：西安理工大学信息与控制工程系2016年1月22日大纲1

2、概述随着现代化工业生产的不断发展， 在普通家庭里电热水器、电饭煲、电磁炉等家 用电器越来越成为必不可少的生活用品，然而这些电器都依赖于温度控制技术， 所以说温度控制技术无处不在。基于此，如何获得温度信息值并进行准确而又快速的控制这是非常重要而有意义的研究课题。因铂热电阻具有测量范围大、稳 定性好和耐氧化等优点，本课题采用 PT10 0的额在铂热电阻作为温度感测元件， 进行温度传感器的设计与实现。PT10CC0定电阻值是，工作温度范围：，考虑到 实际应用，本课题设100C 850-200计的测量范围为。因为热敏电阻的的温度与 阻值呈线性关系，根据测C 1000量可得温度与电压的关系，阻值与电压的

3、关 系。2总体设计温度的控制1、温度控制范围：10-90 C内可任意设定温度值。2、控制精度：土 5C2.1系统构成电源电路 PT10024V输入输岀U0放大电路 桥式电路2.2主要设备及元器件选型根据设计要求，采用LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料 封装，Im324原理图如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器， 除电源共用外，四组运.四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小， LM324放相互独立。由于可单 电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 是指三端稳压集成 电 Im7812适用于各种电路IC芯片元器件，源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、

4、输出 过流、过热自动保系列集成稳压器的典护。Im7805型应用电路如下图所示，这 是一 C10C9直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805,个输出正5V分 别为输入端和输出端滤波电容。.是一款基于电荷泵原理的ICL7660 电压反相器，在典型电路中，其输出电压和输入电压的极性相反幅值相等，但输出驱动能力不算很高。常用于需要从正 电压变换出对称负电压的场合，增加和几个小电容，就可以实一个ICL7660现正负电源。2.3系统核心处理策略 输入信号经热电阻，过零点补偿和一级运 放，最后滤波得到理想的模拟量输出。系统软硬件功能划分2.4所搭的电阻桥作为温度采集部分，对温度进行实 时采集，电源

5、由PT100实验室提供。详细设计3硬件设计3.1输入与输出：电压输入。输入由电源直接输入，经电源电路处理，将5V 输出：经电路处理好的信号直接输出。热电阻检测模块 由于热电阻输出的信号很微弱，故我们通过电桥将阻值变化值先经过电桥放大，得到范围跨度为0-5V，分辨率为0.02V的模拟电压信号，得到需要的 测温范围对应的温度值。热电阻PT100的分度表04电阻值（Q516273温度C8 )102.34 102.73 103.12106.24 106.63 107.02 110.12110.51 110.90 114.00 114.38114.77 117.86 118.24 118.63121.7

6、1 122.09 122.47 125.54125.93 126.31 129.37 129.75130.13 133.18 133.57 133.95136.99 137.37 137.75 140.78141.16 141.54 144.56 144.94145.31 148.33 148.70 149.08152.08 152.46 152.83 155.83156.20 156.58100.00 100.39 100.78 101.17 101.56 0103.5101.95 10 103.90 104.29 104.68 105.07 105.46 105.85 20 107.79

7、108.181108.57 108.96 109.35 109.73 112.06 112.45 112.83 115.93 116.31 116.70107.4119.78 120.17 120.55 123.63 124.01 124.39 127.46 127.84 128.22 131.280131.66 132.04 135.09 135.47 135.85 138.88 139.26 139.64 142.67 143.05111.2143.43 146.44 146.82 147.20 150.21 150.58 150.96 153.96 154.33 154.71930 11

8、1.67 115.15 40 115.54 119.0150 119.40 122.8660 123.24 126.6970 127.08 130.5280 130.90 134.3390 134.71 138.13100 138.51 141.91110 142.29 145.69120 146.07 149.46130 149.83 153.21140 153.58 156.959金属热电阻一般适用于-200500C范围内的温度测量，其特点是测量准确、 稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。工业上常用金属热电阻从电 阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测

9、温热 电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、 电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化 学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线 性关系）。pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0C时它的阻值为100欧姆，在100C时它的阻 值约为138.5欧姆。设计电路图如下：.电源模块电直流稳压电源，经电源电路输出为5V 本系统采用实验室提供的24V压。电压跟随器模块电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。双电+5V和-5V电压跟随器采用V

10、o源供电形式，为了避免系统输出、为负电压的情况。滑动变阻 器RF1调节范围大，使测量更加准确。RF2计算过程0度时，阻值为 100），电桥在 R4=100R1=R2=1K设，（PT100R2）和电桥上的电阻大于R5=R6=10K（R1输入输出关系式2.VR6 R7o1 （R9 R10 R VR V （Vi VR ），） V; 解得如 R6R9R R29R6R9 R6 R72f)(V V(Vze97R7RR25mV 18mV ;最大范围：一35mV 32mV7m最小范围：3mV5V/18mV=27最小 放大倍数：5V/32mV=156最大放大倍数 RF2R11、R123. 确定 Vz 的范围及

11、7R6 R0V VV 2V V®zi7R 假设R6=R7 贝U 时，0.5V，取Vz的变化为设 Vref=1.2V Vz 为0.3V到0.7VRR10放大倍数：2f 1k9R0 R2fRR10 2f561.k 1, min9R 最 k 小,可调10R 从而 56. 0 9RR10=5.6K，设 R9=10KR R2f10 1 k 应取最大值，2.78,使 k 最大，Rmaxf29R33k.21.78*10 5.6*10 12 所以k20选R 2f验证假设是否满足要求：RR R205.66 5.1。21。水6.7 78.,从而令R4.k 51562，. 056 _1o1010RR99则

12、放大倍数满足要求。的范围R7、R6 Vo1确定4.)(运放的电阻应远大于其内阻，而内阻一般为100设R6=R7=10k,410 2V 0.45V,V 0V,V 0.45 0.9VZQ1410 V7 3.23 0.9VV 2.3V, 2.1q系统图及元器件清单数元1ICL76602LM324LM7811LM78051PT1004100uf10u电解电若电104,10若电24V双输出可调直流稳压电源2电位器调试与测试44.1调试接PT100PT100将放入冰水混合物，此时温度为零摄氏度，阻值此时为100Q并RV2RV1Vo,Vo入电路，分别测和调滑动变阻器和，使其电压均接 近于0V,，是输出。对电

13、路信号放大部分先进行调零：测Uo1> Uo2Vo的值并调节RV2且 138此时的阻值放入开水，PT100先将再对电路信号放大部分进行调满： 0.3V,为Q接入电路,再测Vo的值并调节104,使输出接近为5V。如此反复对该电路进 行调零和调满的操作，使其输出稳定在 之间即可。4.2测试测实验数据：调节PT100的阻值，使其以每隔10C的阻值接入电路，再测输 出Vo的值，电流源电路接好后，开始测电流的输出。测量时应按PT100的阻值增大时测一次，再依次减小其阻值测一次。测试结果：1 :滑动变阻器RF1调零，调节最佳增益，结果如下所示：.9080 70 40 50 60 10 温度 20 30

14、 C 134.7 130.9 119.4 123.2 127.0 阻值 103.9107.7 111.6 115.54.4873.701 4.133 2.837 1.211 1.834 2.358 3.295 0.702电压 VPT100由图可以看出，温度与电压近似呈线性关系。 结论5温度变送器PT100经过将近两这几天的测控电路课程设计，我终于完成了的设计，虽然与老师的要求有一定的差距，但我还是很高兴的。在这次课程设计中，我自己动手焊接了 实验电路，自己检查电路中的错误，虽然在这一过程中我这些都是我独立完成的， 自己改正这些错误，自己查资料，们遇到了许多困难，但还是咬牙挺过来了，因此我们也学到了许多东西。由于我 之前有过焊接电路板的经验，在焊接过程中并未遇到什么困难，我自己也认为我 焊接的电路板还是不错的，但我还是在电路调试中遇到了很大的难题， 虽然老师 在布置这个课程设计之前给我们讲了一些在调试中要注意的问题，但在实际操作中我们几乎完全忘了这些需要注意的问题， 例如对电路的调零和调满的操作，我 们都没有将这两步分开来进行，而是直接测电路的输出；再如，调零和调满的操 作要进行多次，通过反复调试来保证电路测量范围的准确性， 可我们几乎都是只 调试了