恒压式热电阻测温方法的研究

1、恒压式热电阻测温方法的研究主要任务v研究三线制热电阻恒压测温的原理及计算公式，分析影响测温精度的因素及提高测温精度的途径.给出电压温度转换表。设计数据要求v热电阻为Pt100，测温范围为-200C600C，Cu50，测温范围为v0C150Cv2、测量电流0.3mADC，稳压电源为-5VDCv3、Pt100的测温精度为量程的0.1%，Cu50的测温精度为量程的0.2%v4、均为三线制连接v5、导线电阻r要求为：0r40v6、环境温度影响为150ppm主要设计思路v用三线制热电阻恒压测温原理来测量温度，测量出不同点的电压值，然后经过放大电路，A/D转换电路等，通过8051控制模拟开关轮流测量电压值

2、，将电压值代入所推导出的电压-热电阻关系式，从而将温度信号转化为电压信号，列出电压温度转化表，即由电压值可以直接读出温度值。具体电路设计分析 v热电阻三线制连接以及公式推导热电阻三线制连接以及公式推导其中其中R1、U为已知参数，为已知参数，U1为热为热电阻端对地电压（包含导线电阻上电阻端对地电压（包含导线电阻上压降），压降），U2为热电阻上引出的第为热电阻上引出的第三根导线上的电压由于三根导线上的电压由于U1，U2后后将接运算放大器，运算放大器的输将接运算放大器，运算放大器的输入阻抗非常大，所以在推导过程中入阻抗非常大，所以在推导过程中引线电阻引线电阻r2可以忽略不计。可以忽略不计。R1r1r

3、3r2RtU=-5VU1U2热电阻三线制连接以及公式推导热电阻三线制连接以及公式推导URtRrRtrU12211111)(2UURUUUrRtURtRrrU122R1r1r3r2RtU=-5VU1U222122UURURUrt1121)2(UURUURt212UUUtR1值的确定值的确定 v对于Pt100在t=-200 C时，Rt=18.52，t= 600C时, Rt=313.71,故在t=-200 C时，导线电阻r=0时电流最小，即： v由此得到，R116.65kmARRRUIt3 . 052.18511R1值的确定值的确定 v对于Cu50在t=-0 C时，Rt=1850，t= 150C时,

4、 Rt=82.13,故在t=0 C时，导线电阻r=0时电流最小，即：v由此得到R116.62kv由于现有的标称电阻值最接近16.62K且能满足要求的是18K，因此确定R1的值为 R1=18 K mARRRUIt3.050511U1，U2最值的确定 mvU02.107max1mvU14. 5min1mvU05.11max2R1r1r3r2RtU=-5VU1U2mvU0min2v由于需要测量的电压有两个，要实现单片机对它们的轮流测量与控制就要用到模拟开关。模拟开关实际上就是一组切换开关，在来自计算机的驱动信号的控制下，顺序地接通或断开每个开关，达到把多个来自传感器的电信号依次地分别送入放大器的目的

5、。vCD4051的连线图如图3-3-2示，本设计中只用到了0、1通道，U1接X0，U2接X1，故将B、C接地，A由8051的P2.7口控制，P2.7为低选0通道，P2.7为高选1通道，这样就实现了对U1的U2轮流测量，从而实现轮流测量控制。模拟开关的选择模拟开关的选择GNDU1U2R2X013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3VDD16VSS8CD4051-5V+5VGNDP2.7运算放大器的选择 v由于测量得到的电压信号U1,U2值很小，为mA级，故需要经过放大后才能进行测量计算。本文选择低功耗，低温漂，高精度，高输入阻抗ICL7650自稳零

6、型运算放大器。它是一个双电源供电运算放大器，+5V，-5V两电源供电，其输入电压范围为-9V+9 V ，总电压范围为18V，可满足本设计的要求。v所以将其放大30倍后可满足后面A/D转换的电压输入范围要求，因此 R3/R2=30，而R4=R2/R3，放大器的输入相与模拟开关CD4051的输出相连接，由于U1、U2均为负值，故要经ICL反相后输到A/D转换器，所以ICL7650为反相放大接法，放大倍数为A= - R3/R2=-30。而ICL7650的输出直接与后面的A/D转换器MAX1148的输入通道相连接。具体图见下页图示：运算放大器的选择32674ICL7650R2R3R4GND+5V-5V

7、4051MAX1148A/D转换器的选择 vA/D转换器件的作用是把经过放大器放大的模拟量转换成计算机能够识别和进行数据处理的二进制代码，以便把温度传感器检测到的模拟量送入计算机进行处理，因此，A/D转换器是输入通道的一个关键器件。/转换器的选择v由于要求Pt100的测温精度为量程的0.1%，Cu50的测温精度为量程的0.2%，稳压电源为-5VDC以及R1=18K，可以确定出满足精度要求的A/D转换器。v分析过程如下：v对于Pt100,U1max=-107.02mv,U1min=-5.13mv,且放大器放大倍数为30，设对应满足0.8C精度的电压值为x,则：v （-107.023+5.1392

8、）*30mv:800C=x：0.8Cv可得到：x=-3.06mvv而MAX1148的最大允许输入电压+3V，所以：v 3V/2n=3.06*V 可以得到： 2n =983v所以n=10v同理可得对Pt100，U2在不同温度时满足精度的A/D为数为n2=14v同理可得对Cu50，U1在不同温度时满足精度的A/D为数为n3=11v同理可得对Cu50，U2在不同温度时满足精度的A/D为数为n4=14v综上知：为满足精度要求，A/D的位数应该选择n=14。/转换器的选择MAX1148与8051单片机的接口电路图P1.0P1.1CSP1.4P1.3P1.2DINSSTSCLKDOUT8051MAX114

9、8R5R7R6GND+5VCH01CH12CH23CH34CH45CH56CH67CH78SHDN10VREF11REFADJ12DOUT15SSTRB16DIN17CS18SCLK19VDD20AGND13DGND14MAX1148+5VGNDP1.1GNDP1.1P1.3P1.2P1.4ICL7650直流电源电路 +直流稳压电路：T1+5VGND1234D1Vin1GND3+5V2LM7805C2C3C1C4220V50HZ直流电源的选择v-直流电源的选择：v：T21234D2C2C3C1C4Vin2GND1-5V3LM7905GND-5V50HZ220V与外围电路连线图GNDEA/VP3

10、1X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40VSS208051CR8GNDVCCCD4051(A)MAX1148(15)MAX1148(19)MAX1148(18)MAX1148(17)MAX1148(16)R9K软件部分完成功能：输入两个值U1，U2，就可以计算出相应的Rt值

11、；main()int R1,U;float Rt,U2,U2;U=-5;R1=18;Scanf(“U1=%f,U2=%f”,&U1,&U2);Rt=（(U1-2*U2)*R1）/(U-U1*0.01);Printf(“%fn”,Rt);vmain()vvint i;v float a80=18.49,22.80,27.08,31.32,35.53,39.71,43.87,48,52.11,v56.19,60.25,64.30,68.33,72.33,76.33,80.31,84.27,88.22,92.16,90.09,100.00,103.90,107.79,111.67,1

12、15.54,119.40,123.24,127.07,130.89,134.70,138.50,142.29,146.06,149.82,153.58,157.31,161.04,164.76,168.46,172.16,175.84,179.51,183.17,186.82,190.45,194.07,197.69,201.29,204.88,208.45,212.02,215.57,219.12,222.65,226.17,229.67,233.17,236.65,240.13,243.59,247.04,250.48,253.90,257.32,260.72,264.11,267.49,

13、270.86,274.22,277.56,280.90,284.22,287.53,290.83,294.11,297.39,300.65,303.91,307.15,310.38,313.59;vfloat b80=-200,-190,-180,-170,-160,-150,-140,-130,-120,-110,-100,v-90,-80,-70,-60,-50,-40,-30,-20,-10,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,27

14、0,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490,500,510,520,530,540,550,560,570,580,590,600;vfloat x,t;vscanf(%f,&x);vfor(i=0;i=ai&x=ai+1)vt=bi+(10/(ai+1-ai)*(x-ai);vprintf(%fn,t);velsevprintf(can not find the value);v电压温度转换表（t）电压温度转换表（u）误差分析vRt的值受R1，U ，U1及U2的影响，为了提高测量精度，减小误差就应该使这些参数尽量准确。为此，在选用电阻R1时，应选择金属膜电阻，此类电阻精度高，可满足设计中精度要求；而对于稳压电源，选择的三端稳压块误差范围为2%，可以满足精度要求。v由于Pt100的测温精度为满量程的0.1%，它的测温范围为-200C600C，故它相对于满量程的允许温度误差为0.8Cv由于Cu50的测温精度为满量程的0.2%，它的测温范围为0C50C，故它相对于满量程的允许温度误差为1.0C小结v本设计的特点v本