热敏电阻器在多点温度测量中的应用

1、热敏电阻器在多点温度测量中的应用唐耀庚(南华大学 电气工程学院 , 湖南 衡阳 421001摘 要 :根据客车烤漆过程温度测控的特点 , 采用热敏电阻器作测温元件 , 用电阻 -转换 , 测量各点温度 。 实际应用情况表明该方法测温效果好 , 成本低 ,关键词 :热敏电阻器 ; 温度测量 ; 电阻 -频率转换 ;中图分类号 :TP212. 9 文献标识码 :B 文章编号 (2002 -the in multi 2pointsmeasurementsTAN G Yao 2geng(Inst. of E lec. E ngin. , N anhu a U niversity , H engyang

2、 421001,ChinaAbstract :The temperature in many points is measured by using thermistor as detector and by converting the change of resistance into the change of frequrency in accorndance with the charcteristic of tem perature measure 2 ment during the bus baking finish process. The pratical applicati

3、on shows that the measuring result is satisfacto 2 ry ,the cost is low and the control needs are met.K ey w ords :thermistor; temperature measurement ; resistance 2frequency converting ; temperature distribution0 引 言热敏电阻器是一种常用的测温元件 , 采用热敏电阻器测量温度时 , 常用的信号转换方法是用不平衡电桥把热敏电阻器变化信号转换成桥路输出电 压 , 然后由放大电路放大后再去

4、进行测量处理 。这 一方法对桥路元件和放大器准确度要求较高 , 热敏 电阻器要采用三线制接法 , 在温度测量点数较多的 情况下 , 增加了系统的成本和复杂性 。在客车烤漆 温度测控系统中 , 用热敏电阻器作测温元件 , 采用电 阻 -频率变换法将电阻变化量转换成频率变化量 , 再用单片机对频率信号进行处理 , 较好地满足了系 统的多点温度测量要求 。1 温度信号转换烤漆工艺采用程序控温 , 给定温度最大值为 120 , 要求温度测量准确度为 ±1%。客车烤漆房 加热空间大 , 加热元件分布在烤漆房两个侧面和后 面的中下部 , 由于前面是门 , 四壁保温性能不一致 , 从而造成烤漆房各

5、处温度不一样 。 需要对烤漆房内 多点温度进行测量以确定温度分布情况 。 根据这一 特点 , 系统选定温度测量范围为 0150 , 测温点 数 8点 。 测温元件采用线性好 、 价格低的铜热敏电收稿日期 :2001-09-21 阻器 。 考虑到烤漆房热惯性大 , 温度变化缓慢 , 采用 电阻 -频率转换方法 , 将温度转换为频率信号 , 通过测 量频率求出对应的温度。 转换电路原理如图 1所示。图 1 基本 R -f 转换电路Fig. 1 B asic R -f converting circuit 用 555时基电路构成振荡器 , 图 1中 R t 是测温 热敏电阻器 , R t 与 R 构

6、成振荡器的定时电阻器 , C 是 定时电容器 。 振荡器的振荡频率 f 和热敏电阻器 R t 的阻值有如下关系 1:f =1. 443/(R +2R t C .测得频率即可求得被测温度 。 由于是多点测温 , 采用电阻 -频率转换法的关键问题是必须保证各 路热敏电阻器的电阻 -频率转换特性一致 , 但是电 阻 、 电容元件参数存在分散性 , 要挑选参数完全一致 93 2002年 第 21卷 第 2期 传感器技术 (Journal of Transducer Technology 的电阻和电容元件是一件十分麻烦的事情 。 因此如 果每一路热敏电阻器各用一个转换电路 , 显然很难 保证各振荡器的振

7、荡频率特性一致性的要求 。 所以 本测控系统对 8个热敏电阻器信号实际采用如图 2 所示的信号转换电路。 图 2改进的 -器进行切换 , -频率转 换 , 多路转换开关选用 L F11058,L F11058采用双极 结型场效应相容工艺 , 导通电阻小 , 而且同一芯 片内各转换开关的导通电阻差别小 , 是较理想的开 关元件 。 对于各测温回路的线路电阻和转换开关导 通电阻的差别 , 电路中采用电位器 W 1W 8进行微 调 , 以尽量减少各测温回路参数的差别 , 从而保证各 路热敏电阻器转换特性的一致性 。 为了满足所选振 荡频率范围的需要 , 测温热敏电阻器自己绕制 , 图 2中 电阻器

8、R 和电容器 C 则要选择温度稳定性好的元件 , 以 减少电阻器和电容器性能变化对振荡频率的影响。 2 测量信号处理测控系统采用 A T89C51单片机进行信号测量 处理 , 由于振荡频率跟热敏电阻器阻值之间是非线 性关系 , 被测温度采用查表的方法求出 。 振荡频率范 围选择好后 , 按照热敏电阻器分度值通过实验确定 频率和温度的对应关系 , 将对应不同频率的温度值 组成表格存于存贮器中 。 单片机用定时计数的方法 对信号转换电路输出的脉冲频率进行测量 , 根据测 得的频率数据形成查表地址 , 查出被测温度值 。 单片 机的定时计数器 T0对信号脉冲计数 , T1进行测量 定时 。 通过程序

9、控制多路模拟开关将各路测量信号 依次切换到 T0输入端进行计数测量 , 根据计数结果 查表求出相应温度 , 烤漆房温度平均值 t 用下式求出t =mi =1a i t i /m ,式中 t i 是第 i 点温度 ; m 是测温总点数 ; a i 是第 i 点温度对应的加权系数 , 其值通过实验确定 , 以使得求 出的结果较好地反映烤漆房温度分布情况 。 由于烤 漆房温度分布梯度不会突变 , 程序还对查得的温度值进行置信判断 , 剔除异常值 , 并自动修改累加项 m 的值 。 这样 , 即使某一测温回路发生故障 , 如热敏 电阻器开路或短路 , 也不会影响测量结果 。 3 转换电路参数选择由于振

10、荡频率和热敏电阻器阻值是非线性关 系 , 温度值表是非均匀分布的 , 因此要选择合适的振 荡频率范围 , 以使得在测量范围内 , 当热敏电阻器阻 值 R t 改变 R t 时 , 足够大 , 以满 , 则温度 t m 应满足t 若在定时时间内对信号脉冲测量计数值是 N ,并设量程下限为 t 0, 对应的 R t =R 0; 振荡频率 f 0, 相应的计数值是 N 0; 量程上限 t m , 对应的 R t =R m ; 振荡频率 f m , 相应的计数值是 N m , 要保证测量 准确度要求 , 至少应满足N m =N 0-N m (t m -t 0 /d .考虑到振荡频率跟温度的非线性关系和

11、要求的 测量范围 , 本系统中实取 N m =1500, 并取 f 0=5000Hz , 根据测量准确度要求 , 温度改变 1时 , 频 率最小改变量要大于 2Hz , 再考虑到 t m =150 ,t 0=0 , 对铜热敏电阻器 , R m /R 0=1. 64272,根据这些条件可选择合适的 R 0、 R 和 C 值 , 以满足 上述要求 。 4 结束语采用热敏电阻器传感器和电阻 -频率变换方法 对客车烤漆房多点温度进行测量 , 调试与实际测量 结果表明 , 同一阻值时各路热敏电阻器转换频率最 大差值小于 1. 5Hz , 对应温度值小于 0. 5 , 最大测 量误差小于 1 , 测量结果较好地反映了烤漆房温 度分布情况 , 满足了系统控制的需要 。系统具有抗 干扰能力强 、 可靠性高 、 结构简单 、 成本低的特点 , 还 可以很方便地扩展测量点数 , 是一种实用的多点温 度测量方法 。 该方法也可以用于其他采用热敏电阻 器测温的场合 , 如粮仓温度监控系统 , 烟叶烟丝烘焙 温度测控系统等 。 参考文献 :1 中国集成