PT100溫度變送器設(shè)計(jì)

1、電子檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐題目：PT100溫度變送器的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：成績(jī)：西安理工大學(xué)信息與控制工程系2016年1月22日總成績(jī)驗(yàn)收成績(jī)1驗(yàn)收（抽樣）結(jié)果結(jié)果均方根誤差/排名精度/排名最終排名報(bào)告成績(jī)報(bào)告評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)包括兩個(gè)部分：檢測(cè)裝置驗(yàn)收和報(bào)告。檢測(cè)裝置驗(yàn)收得分：根據(jù)驗(yàn)收測(cè)試的4組數(shù)據(jù)計(jì)算得到均方根誤差和精度，將其各自排名,排名的結(jié)果相加，再排名，根據(jù)排名得到每個(gè)人的驗(yàn)收得分。報(bào)告得分：根據(jù)電路設(shè)計(jì)、計(jì)算，電路圖繪制，結(jié)果分析，綜合得分。最終得分：驗(yàn)收和報(bào)告各占50%。電子檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書項(xiàng)目：PT100溫度變送器的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：西安理工大學(xué)信息與控制工程系2016年1月22日

2、1概述隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在普通家庭里電熱水器、電飯煲、電磁爐等家用電器越來越成為必不可少的生活用品,然而這些電器都依賴丁溫度控制技術(shù)，所以說溫度控制技術(shù)無處不在。基丁此，如何獲得溫度信息值并進(jìn)行準(zhǔn)確而乂快速的控制這是非常重要而有意義的研究課題。因鉗熱電阻具有測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性好和耐氧化等優(yōu)點(diǎn),本課題采用PT100鉗熱電阻作為溫度感測(cè)元件，進(jìn)行溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。PT100在0C的額定電阻值是100，工作溫度范圍：-200850C,考慮到實(shí)際應(yīng)用，本課題設(shè)計(jì)的測(cè)量范圍為0100Co因?yàn)闊崦綦娮璧牡臏囟扰c阻值呈線性關(guān)系，根據(jù)測(cè)量可得溫度與電壓的關(guān)系，阻值與電壓的關(guān)系。2總體設(shè)計(jì)溫度

3、的控制1、溫度控制范圍：10-90C內(nèi)可任意設(shè)定溫度值。2、控制精度：土5C2.1系統(tǒng)構(gòu)成2.2主要設(shè)備及元器件選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324原理圖如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)1OUT1u144OUT1IN-2134IN-1IN+3124IN+Vcc411GND2lN+5103IN+2IN-693IN-2OUT783OUT(TOPVIEW)放相互獨(dú)立。由丁LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小,可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。lm7812是指三端穩(wěn)壓集成

4、電路IC芯片元器件，適用丁各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動(dòng)保護(hù)。lm7805系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一IC采用集成穩(wěn)壓器個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。分別為輸入端和輸出端濾波電容。ICL7660是一款基丁電荷泵原理的電壓反相器，在典型電路中，其輸出電壓和輸入電壓的極性相反幅值相等，但輸出驅(qū)動(dòng)能力不算很高。常用丁需要從正電壓變換出對(duì)稱負(fù)電壓的場(chǎng)合，增加一個(gè)ICL7660和幾個(gè)小電容，就可以實(shí)0牌"例|7_JU7805,C9KC10CfJNWClWiT一比度現(xiàn)正負(fù)電源2.3系統(tǒng)核心處理策略輸入信號(hào)經(jīng)熱電阻，過零點(diǎn)補(bǔ)償和一級(jí)運(yùn)放，最后濾

5、波得到理想的模擬量輸出。2.4系統(tǒng)軟硬件功能劃分PT100所搭的電阻橋作為溫度采集部分，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，電源由實(shí)驗(yàn)室提供。3詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)3.1.1輸入與輸出輸入：由電源直接輸入，經(jīng)電源電路處理，將5V電壓輸入。輸出：經(jīng)電路處理好的信號(hào)直接輸出。3.1.2熱電阻檢測(cè)模塊由丁熱電阻輸出的信號(hào)很微弱，故我們通過電橋?qū)⒆柚底兓迪冉?jīng)過電橋放大，得到范圍跨度為0-5V，分辨率為0.02V的模擬電壓信號(hào)，得到需要的測(cè)溫范圍對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電阻PT100的分度表溫度C0123456789電阻值（Q）010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104

6、.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.7

7、1119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.2914

8、6.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95金屆熱電阻一般適用丁-200

9、500C范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。工業(yè)上常用金屆熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屆導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測(cè)溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屆材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有問值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。pt100是鉗熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0C時(shí)它的阻值為100歐姆，在100C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。設(shè)計(jì)電路圖如下:3.1.3

10、電源模塊本系統(tǒng)采用實(shí)驗(yàn)室提供的24V直流穩(wěn)壓電源，經(jīng)電源電路輸出為5V電壓。3.1.4電壓跟隨器模塊電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低。電壓跟隨器采用+5V和-5V雙電源供電形式，為了避免系統(tǒng)輸出Vo為負(fù)電壓的情況。滑動(dòng)變阻器RF1、RF2調(diào)節(jié)范圍大，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。3.1.5計(jì)算過程1.設(shè)R1=R2=1KR4=100（PT100在0度時(shí)，阻值為100）,電橋R5=R6=10K（電橋上的電阻大丁R1和R2）2.輸入輸出關(guān)系式/、R6R7(ViVR)?VRR6R6R7V。W?-V°1,自？(R9R10Rf2)V。；解得R9R6R9R29Rf2?Vz)()最小范圍：3m3

11、5mV32mV;最大范圍：7m25mV18mVR7R9最小放大倍數(shù)：5V/32mV=156,最大放大倍數(shù)5V/18mV=2783.確定Vz的范圍及R11、R12、RF2VzV010Vz2Vi時(shí)，假設(shè)R6=R7,則小，可調(diào)設(shè)Vref=1.2V放大倍數(shù):kminR10從而Vz為0.3V到0.7V，取Vz的變化為0.5VR10R2R9Rf2R9Rf201.56R100.56R9設(shè)R9=10KR10=5.6K1&0日；22.78,使k最大，R2應(yīng)取最大值,所以Rf2max1.78*1035.6*10312.2k選Rf220k驗(yàn)證假設(shè)是否滿足要求:業(yè)重0.56,墮&R910R95.620

12、一2.561.78,從而令R104.7k5.6k10則放大倍數(shù)滿足要求。4.確定Vo1、R6R7的范圍100)設(shè)R6=R7=10k,（運(yùn)放的電阻應(yīng)遠(yuǎn)大丁其內(nèi)阻，而內(nèi)阻一般為2104Vi0.45V,Voi0V,Vz0.450.9VVi2.3V,Voi2.320.93.7V3.1.5系統(tǒng)圖及元器件清單元件數(shù)量ICL76601LM3242LM78121LM78051PT1001電解電容10uf,100uf4電容104,106電阻雙輸出可調(diào)直流穩(wěn)壓電源24V電位器24調(diào)試與測(cè)試4.1調(diào)試將PT100放入冰水混合物，此時(shí)溫度為零攝氏度，PT100阻值此時(shí)為100Q接入電路，分別測(cè)Vo1和Vo,調(diào)滑動(dòng)變阻

13、器RV1和RV2使其電壓均接近丁0V，并且Uo1>Uo2對(duì)電路信號(hào)放大部分先進(jìn)行調(diào)零：測(cè)Vo的值并調(diào)節(jié)RV2是輸出為0.3V,再對(duì)電路信號(hào)放大部分進(jìn)行調(diào)滿：先將PT100放入開水，此時(shí)的阻值138Q接入電路，再測(cè)Vo的值并調(diào)節(jié)104,使輸出接近為5V。如此反復(fù)對(duì)該電路進(jìn)行調(diào)零和調(diào)滿的操作，使其輸出穩(wěn)定在0.2V-4.0V之間即可。4.2測(cè)試測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)PT100的阻值，使其以每隔10C的阻值接入電路，再測(cè)輸出Vo的值，電流源電路接好后，開始測(cè)電流的輸出。測(cè)量時(shí)應(yīng)按PT100的阻值增大時(shí)測(cè)一次，再依次減小其阻值測(cè)一次測(cè)試結(jié)果：1:滑動(dòng)變阻器RF1調(diào)零，調(diào)節(jié)最佳增益，結(jié)果如下所示:溫度C

14、102030405060708090阻值103.9107.7111.6115.5119.4123.2127.0130.9134.7電壓V0.7021.2111.8342.3582.8373.2953.7014.1334.487由圖可以看出，PT100溫度與電壓近似呈線性關(guān)系。5結(jié)論經(jīng)過將近兩這幾天的測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)，我終丁完成了PT100溫度變送器的設(shè)計(jì)，雖然與老師的要求有一定的差距，但我還是很高興的。在這次課程設(shè)計(jì)中，我自己動(dòng)手焊接了實(shí)驗(yàn)電路，自己檢查電路中的錯(cuò)誤，自己改正這些錯(cuò)誤，自己查資料，這些都是我獨(dú)立完成的，雖然在這一過程中我們遇到了許多困難，但還是咬牙挺過來了，因此我們也學(xué)到了許多東西。由于我之前有過焊接電路板的經(jīng)驗(yàn)，在焊接過程中并未遇到什么困難，我自己也認(rèn)為我焊接的電路板還是不錯(cuò)的，但我還是在電路調(diào)試中遇到了很大的難題，雖然老師在布置這個(gè)課程設(shè)計(jì)之前給我們講了一些在調(diào)試中要注意的問題，但在實(shí)際操作中我們幾乎完全忘了這些需要注意的問題，例如對(duì)電路的調(diào)零和調(diào)滿的操作，我們都沒有將這兩步分開來進(jìn)行，而是直接測(cè)電路的輸出；再如，調(diào)零和調(diào)滿的操作要進(jìn)行多次，通過反復(fù)調(diào)試來保證電路測(cè)量范圍的準(zhǔn)確性，可我們幾乎