哈理工溫度測量傳感器設計

1、傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告111溫度測量傳感器設計姓名:班級：XX學號：XX2013年12月1日目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 第1章轉速測量文獻綜述1 HYPERLINK l bookmark6 1.1溫度測量的意義1 HYPERLINK l bookmark8 1.2溫度測量現(xiàn)狀1 HYPERLINK l bookmark10 1.2.1傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器一熱電偶傳感器21.2.2集成（IC）溫度傳感器21.2.3PtlOO電阻溫度傳感器3 HYPERLINK l bookmark14 第2章總體方案設計5 HYPERLINK l bo

2、okmark16 2.1方案一（PtlOO鉗電阻式溫度測量）5 HYPERLINK l bookmark18 2.2方案二（熱電偶式溫度測量）6 HYPERLINK l bookmark20 2.3方案三（紅外非接觸式溫度測量）8 HYPERLINK l bookmark22 2.4方案分析對比82.5小結9 HYPERLINK l bookmark24 第3章具體設計與特性分析10 HYPERLINK l bookmark26 3.1傳感器設計10 HYPERLINK l bookmark28 3.2轉換電路設計11 HYPERLINK l bookmark34 3.3傳感器總體分析14 H

3、YPERLINK l bookmark36 3.4使用條件和誤差補償14 HYPERLINK l bookmark38 3.5仿真實驗143.6小結17總結18 HYPERLINK l bookmark40 參考文獻18 HYPERLINK l bookmark42 附錄20傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告- #- -第1章轉速測量文獻綜述1.1溫度測量的意義隨著人們生活水平的提高，人們對各種測量器具的智能化、多功能化提岀了更高的要求，而電子技術的飛速發(fā)展使得單片機在各種測量產品領域中的應用越來越廣泛。把以單片機為核心，開發(fā)岀來的各種測量及控制系統(tǒng)作為測量產品的主要部分，使各種測量產品更具智能

4、化、擁有更多功能、便于人們操作和使用，更具吋代感，這是測量產品的發(fā)展方向和趨勢所在。有的測量產品要求測量溫度、測量光強度、測量流量、測量速度，需要增加顯示、報警和自動診斷等功能。這就要求我們的生產具有自動控制系統(tǒng)，自動控制主要是由計算機的離線控制和在線控制來實現(xiàn)的，離線應用包括利用計算機實現(xiàn)對控制系統(tǒng)總體的分析、設計、仿真及建模等工作；在線應用就是以計算機代替常規(guī)的模擬或數(shù)字控制電路使控制系統(tǒng)“軟化”，使計算機位于其中，并成為控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)及信號處理系統(tǒng)的一個組成部分，這類控制由于計算機要身處其中，因此對計算機有體積小、功耗低、價格低廉以及控制功能強有很高的要求，為滿足這些要求，應當使用單

5、片機。單片機在電子產品中應用的廣泛，在很多的電子產品中也用到了溫度檢測和溫度控制，但那些溫度檢測與控制電路通常較復雜，成本也高，本設計提供了一-種低成本的利用單片機多余I/O口實現(xiàn)的溫度檢測電路，該電路非常簡單，且易于實現(xiàn)，并且適用于兒乎所有類型的單片機。1.2溫度測量現(xiàn)狀溫度傳感器按傳感器于被測介質的接觸方式可分為2大類:一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器，接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，并在一定程度上還可測量物體內部的溫度分布，但對于運動的、熱容量比較小的、或對感溫元件

6、有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態(tài)的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告1.2.1傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器一熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精確度;測量范圍廣，可從-50C-1600C進行連續(xù)測量，特殊的熱電偶如金鐵-鐮銘，最低可測到-269C,餌-銖最高可達2800Co熱電偶傳感器主要按照熱電效應來工作。將兩種不同的導

7、體A和B連接起來，組成一個閉合回路，即構成感溫元件，如圖1所示。當導體A和B的兩個接點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為熱電效應，也叫溫差電效應。熱電偶就是利用這一效應進行工作的。熱電偶的一端是將A、E兩種導體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測介質中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為to的恒定溫度下。當工作端的被測介質溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計算機進行處理，即可得到溫度值。熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：Et=E(t)-E(T0)(1-1)式中:Et熱電偶的熱電勢E(t)溫度為t時的熱電勢E(tO)

8、溫度為t0時的熱電勢當參比端的溫度t0恒定吋，熱電勢只于工作端的溫度有關，即Et=f(t)。當組成熱電偶的熱電極的材料均勻時，其熱電勢的大小與熱電極本身的長度和直徑無關，只與熱電極的成分及兩端的溫度有關。1*2*2集成(IC)溫度傳感器(1)模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測

9、，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。(2)智能溫度傳感器傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)o智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU);并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發(fā)水平。1.2.3PtlOO電

10、阻溫度傳感器ptlOO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系為：當PT100溫度為0C時它的阻值為100歐姆，在100C時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即Rt=RtOl+a(t-t0)(1-2)式中，Rt為溫度t時的阻值；RtO為溫度t0(通常tO=OC)時對應電阻值；a為溫度系數(shù)。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為Rt=AeB/t(1-3)式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數(shù)。相比較

11、而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告- - 在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍只有50300C左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于200500C范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導體都有這個性質，但并不是都能用作測溫熱電阻，作為熱電阻的金屬材料一般要求：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具有穩(wěn)定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有

12、間值函數(shù)關系（最好呈線性關系）。參考文獻：1潘新民微型計算機與傳感器技術.2TheWorl曲pprotoeol.http:刀M碑叨wAV.第2章總體方案設計21方案一(PtlOO鉗電阻式溫度測量)鉗電阻的特點是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。鉗在氧化性氣氛中，甚至在高溫下的物理、化學性質都非常穩(wěn)定。因此鉗被公認為是目前制造熱電阻的最好材料。鉗電阻主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。鉗電阻的阻值溫度之間的關系，在0850C范圍內可用下式表示，Rt=Ro(1+At+Bt2)(2-1)在2000C范圍內則用下式表示，Rt=Rol+At+Bt2+C(t-lOO)3(2-2)式中Rt溫度為tC

13、時的鉗電阻的阻值；Ro溫度為0C時的鉗電阻的阻值；A、B、C為常數(shù)，A=3.96847x10%；B=-5.847x10_7/C；C=-4.22x10_12/C；對滿足上述關系的熱電阻，其溫度系數(shù)約為3.9xlO3/C。根據(jù)國家從1988年開始采用的IEC標準，工業(yè)用標準舘電阻Ro有100Q和50Q兩種，并將電阻值Rt與溫度t的對應關系列成表格，成為鉗電阻分度表，分度號分別為Ptl00和Pt50oPT100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系為：當PT100溫度為0C時它的阻值為100歐姆，在100C時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝

14、氏度的吋候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。設計中我們就是利用PT100的這一特性來實現(xiàn)溫度與輸出值之間的轉化的。2.2方案二（熱電偶式溫度測童）熱電偶傳感器的工作原理：兩種不同成份的導體兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做測量端，另一端叫做補償端；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指岀熱電偶所產生的熱電勢。如圖3所示。ToA電極圖2T熱電偶工作原理圖熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在

15、溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0C時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。軟件是算法和功能實現(xiàn)的關鍵。該部分主要完成的任務是：A/D轉換器的配置、

16、啟動和數(shù)據(jù)讀取。對信號的線性化處理。D/A轉換器配置和數(shù)據(jù)讀取。其中線性化算法主要參考“最佳非等距線性插值算法在熱敏電阻測溫中的應用”，提出一種“最佳非等距離分段算法”，根據(jù)標度轉換，在不同分段上推導岀y=kx+b的線性化算法。整體設計和調試，以K分度熱電偶為例。通過調節(jié)滑動變阻器，模擬補償后的K分度熱電偶的熱電勢，送入AD7705完成模/數(shù)轉換，轉換后的數(shù)據(jù)送入單片機進行線性化處理，使處理后單片機輸岀的數(shù)據(jù)與溫度呈現(xiàn)線性關系；最后再將線性化后的數(shù)據(jù)，送至AD421經(jīng)數(shù)/模轉換，輸出電流值刃。本系統(tǒng)采用誤差修正公式來消除系統(tǒng)誤差，從輸出端引反饋量到輸入端來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定。在無誤差的理想情況下，

17、有尸0,i=0,K是常數(shù)，于是存在關系y=Kx在有誤差的情況下，則有y=K（x+y+Q(2-3)(2-4)FI=R1R2(2-5)由此可以推岀x=bly+bO可改寫成下簡明形式1y=反&_bo）(2-6)(2-7)式中：x熱電偶產生的電壓；y一一帶誤差的輸岀到D/A轉換器的電壓；E影響量（例如零點漂移或干擾）；i一一偏差量（例如直流放大器的偏置電流）；K影響特性（例如放大器增益）。把熱電偶分度表各溫度時電壓值x經(jīng)過運算求出各溫度時對應的y值，y值一般包含小數(shù)，由于A/D轉換器的離散性和分辨率的限制，所以只保留整數(shù)部分，保存到單片機ROM中，在每次測量完溫度數(shù)據(jù)后直接由y值查表，運算求相應溫度。

18、23方案三(紅外非接觸式溫度測量)依據(jù)測溫原理的不同，紅外測溫儀的設計有三種方法，通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測溫法；通過測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的稱為亮度測溫法；如果是通過被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來定溫的稱為比色測溫法。亮度測溫法無需環(huán)境溫度補償，發(fā)射率誤差較小，測溫精度高，但工作于短波區(qū)，只適于高溫測量。比色測溫法的光學系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測溫誤差小，但必須選擇適當波段，使波段的發(fā)射率相差不大。本文選用全輻射測溫法來計算被測量物體的溫度，全輻射測溫法是根據(jù)所有波長范圍內的總輻射而定溫，得到

19、的是物體的輻射溫度。選用這種方法是因為中低溫物體的波長較大，輻射信號很弱，而且結構簡單，成本較低，但它的測溫精度稍差，受物體輻射率影響大。下面是全輻射測溫法的相關方法介紹：由普朗克公式可推導出輻射體溫度與檢測電壓之間的關系式：V=RcxbT4=KT4(2-3)式中K=RaO,由實驗確定，定標時取1T被測物體的絕對溫度R一探測器的靈敏度a一與大氣衰減距離有關的常數(shù)輻身寸率O斯蒂芬一玻耳茲曼常數(shù)因此，可以通過檢測電壓而確定被測物體的溫度，上式表明探測器輸出信號與目標溫度呈非線性關系，V與T的四次方成正比，所以要進行線性化處理。線性化處理后得到物體的表觀溫度，需進行輻射率修正為真實溫度，其校正式為：

20、Tr(2-4)式中Tr輻射溫度(表觀溫度)s(T)輻射率，取0.10.9由于調制片輻射信號的影響，輻射率修正后的真實溫度為高于環(huán)境的溫度，還必須作環(huán)溫補償，即真實溫度加上環(huán)溫才能最終得到被測物體的實際溫度。2.4方案分析對比傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告- #- -相比于紅外溫度傳感器與熱電偶傳感器，PT100熱敏電阻傳感器測溫具有以下優(yōu)點：1準確度高。在所有常用溫度計中，準確度最高，可達lmk。2.輸岀信號大，靈敏度高。如在0C用PtlOO鉗熱電阻測溫，當溫度變化1C時，其電阻值約變化0.4Q,如果通過電流為2mA,則其電壓輸出量變化為800MVo在相同條件下，即使靈敏度比較高的K型熱電偶

21、，其熱電動勢變化也只有40pV左右。由此可見，熱電阻的靈敏度較熱電偶高一個數(shù)量級。3.測溫范圍廣，其測量范圍為-200C至850Co4.穩(wěn)定性好。在振動小而適宜的環(huán)境下，可在很長時間內保持0.1C下的穩(wěn)定度。5.無需參考點。溫度值可由測得的電阻值直接求出。6輸出線性好。只用簡單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。綜上所述，對于本次溫度測量系統(tǒng)，其測量溫度主要為中低溫，并要求其具有良好的準確度，靈敏度，穩(wěn)定度和線性度，以便于觀測和記錄，所以相對于利用熱電偶的方案一，利用熱敏電阻測溫的方案在功能、性能、可操作性等方面都有較大的優(yōu)勢。在這里選用方案二完成本次設計。2.5小結在實際生活應用

22、之中，選擇什么樣的溫度的傳感器還得通過實際的選用條件。例如，當我們需要測量的溫度為液體的溫度，我們可以采用進度表較高的熱電偶式傳感器，亦或我們測量的物體無法接觸，那我們選擇采用紅外式傳感器會變得更加容易處理。然而牽扯到更廣泛的內容的話，例如，我們需要對遙遠宇宙中的一顆恒星進行溫度測量，那我們前面所提出的方案就無能為力了，這時候用我們就得采用光譜分析的辦法“測量”岀這個星球的溫度了?？偠灾?，測量物體溫度的方法是多種多樣的，我們需要從中選擇出適合使用的方案。傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告- #.- . .第3章具體設計與特性分析3.1傳感器設計熱敏電阻是利用導體或半導體的電阻

23、值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的一種感溫元件。使用熱電阻作感溫元件的溫度計常稱為電阻溫度計。常用的熱電阻有：銅電阻、鉗熱電阻和銀熱電阻。熱電阻必須與二次儀表配合使用才能指示出被測介質的溫度。熱電阻的測溫原理是基于金屬導體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性,再用顯示儀表測岀熱電阻的電阻值從而得岀與電阻值相應的溫度值。在第二章節(jié)我們已經(jīng)提及過的，PT100溫度傳感器是一種以鉗(PT)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù)其電阻阻值與溫度的關系可以近似用下式表示：在0650C范圍內：Rt=Ro(l+At+Bt2)在-2000C范圍內：Rt=Rol+At+Bt2+C(t-100)3式中A、E、C為常

24、數(shù)，其中T單位為攝氏度A二3.96847X10-3；B=-5.847X10-7；C=-4.22X10-12；在測量較小范圍內其電阻和溫度變化的關系式如下:R=R0(l+AT)(3-l)其中A二0.00392,R0為100Q(在0C的電阻值)，T為華氏溫度熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量岀溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。(32)金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即：Rt=碌1+S)式中，R為溫度t吋的阻值；為溫度t。(通常to=OC)吋對應電阻值；a為溫度系數(shù)。半

25、導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為：(3-3)式中Rt為溫度為t時的阻值；A、E取決于半導體材料的結構的常數(shù)。測溫范圍：金屬熱電阻一般適用于-2OO5OOC范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠。半導體熱敏電阻測溫范圍只有-50300C左右，且互換性較差，非線性嚴重,但溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上)。常用熱電阻：目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉗和銅：鉗電阻精度高，適用于中性和氧化性介質，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越??；銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質，超過150C易被氧化。常用的熱電阻傳感器Pt100為正

26、溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，測量范圍-200C飛50C,允許溫度偏差值0.15+0.002|t|,最小置入深度200mm,最大允許電流5mA。3.2轉換電路設計3-2.1電路轉換模塊設計由于電阻的組織我們無法直接獲取，所以我們需要將其轉化為電壓信號便于后期處理。對于轉換電路常用的方式有兩種，方式一為電橋電路；方式二為恒流源電路。其中，電橋電路的連接方式也有很多種，以下對其進行簡要的闡述。熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。熱電

27、阻的引線主要有三種方式：二線制，三線制和四線制。二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導線來引岀電阻信號的方式叫二線制:這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻r,r大小與導線的材質和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合電橋平衡時候、：冬=(3-4)R”R+ii+“若保證=&，則有：傳感技術口學報告?zhèn)鞲屑夹g口學報告- - -(3-5)y(ii+D)可見n、t?對測量結果的影響較大。熱電阻傳感器一般采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導線(從熱電阻到中控室)也成為橋

28、臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。在熱電阻的根部的一端連接一-根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的。電橋平衡時：矜(36)若保證&，則有：R=R“+宅空(3-7)%可見1、E的影響有了一定的減小四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流Z,把斤轉換成電壓信號，再通過另兩根引線把引至二次儀表。可見

29、這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。電橋平衡時：R+e人+幾若保證&%，則有:(3-8)斗=&+幾一13(3-9)八、的影響減小得更小。為了使電路簡單化，同時也不至于有太大的誤差，故我采用折中的方案，選擇三線制連接的方法來完成本次設計，其大致原理圖如圖3-1所示。解決了基本的轉換了之后，由于經(jīng)過電橋所得到的電信號比較微弱，而且還夾雜著高頻噪聲信號，所以我們還需要對電信號完成適當?shù)姆糯筇幚恚约皩π盘栠M行噪聲濾除等相關工作。在之前的測控電路當中學習之后，完成之后的工作不是太難了。首先，我選擇使用差動放大電路作為我的信號放大模塊，其優(yōu)點是可以減小共模信號的干擾，從而減小

30、了其余電阻以及導線受溫度影響帶來的誤差。最后一步濾波環(huán)節(jié)，由于溫度變化信號為低頻信號，所以我只需要將高頻信號濾除掉就可以了。同樣地，為了可以使電路盡可能的簡化，在本設計之中采用一階低通濾波電路就可以滿足我的要求。在圖3-1當中電橋部分由于畫的是原理圖,所以并未給岀電橋的真實連接情況，如圖32所示，三線制連接的真實情況322輸出電壓處理模塊由于最后得到的電壓信號為模擬信號，所以為了方便對其進行計算機處理，還得需要模電轉換。模電轉換時，我們可以采用A/D芯片如TLC1549,或者可使用自身具有模數(shù)轉換的單片機如宏晶公司的STC12C5A60S2直接進行數(shù)模轉換，這里本設計直接采用TLC1549模數(shù)

31、轉換芯片進行轉換。TLC1549模數(shù)轉換分辨率為10位,為逐次逼近型的高速A/D芯片，內置采保功能和系統(tǒng)時鐘，該芯片有3個通道，其中兩個數(shù)字量輸入通道（片選CS和內部時鐘輸岀或外部時鐘輸入1/OCLK）和一個三態(tài)數(shù)據(jù)輸出通道（DOUT）,從而可以方便地實現(xiàn)A/D芯片與單片機之間的數(shù)據(jù)接口由此可以得到下面的計算公式：由于1549芯片有10位分辨率，基準電壓V基為2.32V,則模擬電壓轉換成數(shù)字電壓后的分度值為V基/1024,電壓信號V0與轉換后的數(shù)字電壓VI關系為:VO=V1*V基/10243.3傳感器總體分析鞏100熱電阻分度表溫度(t!)0123456789電阻值（W0100.00100.4

32、0100.79101.19101.59101.98102.381017810117103.67101Q3.96104.36104.75105.15105.54105.91106.33106.73107.12107.5220107.9110S.31108.70109.10109.49109.8811028110.67111.07111.4630111.8511225112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.001153940115.78116.17116.57116.9611735117.74118.13118.52118.911193150119.7012

33、0.09120.43120.87121.26121.65122.0112143122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72137.1070127.4912L8S1282712&66129.05129.44129.82130-21130.60130-998013137131.761325132.54132.9213331133.70134.08134.47134.8690135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.33138.72100139.1

34、0139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142,66圖3-3由鉗電阻分度表可以很容易的得到從電阻阻值變化到溫度變化的轉換,于是我們可以通過查表的方式來獲取被測量的溫度，但是，查表的方式需要我們進行大量的實際測量，以及存儲大量的數(shù)據(jù)需要大量的空間。很大程度上不是太方便，查表的方式通常適用于不需要測量太精確的場合，制約因素比較多。從而這里我使用了另外一種方式，那就是給鉗電阻建立一個數(shù)學模型，這樣的話就可以使整個過程變得簡單化了。在前面的章節(jié)已經(jīng)說過了鉗電阻的兩個數(shù)學模型如公式（21）和公式（2-2）所示。通過仿真實驗之后得到的結果還是相當滿

35、意的。34使用條件和誤差補償熱敏電阻溫度傳感器的非線性特性是影響測溫精主要因素之一，使用吋必須進行線性化處理。線性化點主要在于：可使傳感器的輸出不失真地反映輸入變化；可簡化理論分析和設計計算；有利于對各擾因素進行補償；便于數(shù)據(jù)處理和標定。總之，線最終目的是提高測量精確度。目前，對熱敏電阻傳感線性化特性的線性化方法主要采用硬件電路補償，以往決多采用3個或3個以上運算放大器構成補償電路，采用多個運算放大器使電路復雜，成本提高，且影響輸岀的因素增多，因而使用單一放大器作為非線性補函數(shù)發(fā)生器，能夠在滿足補償精度的基礎上，實現(xiàn)補輸出參數(shù)與溫度成線性關系。因此采西熱敏電阻電路常用的補償法：電橋差動線性補償

36、法，用Protues所畫電路圖10如下：圖3-4電橋差動補償其等效電路圖如下:測溫電橋中存在兩種非線性影響，一是測溫傳感器本身特性帶來的非線性影響；二是測溫橋路的特性帶來的非線性影響。由于非線性的存在給測溫值帶來了誤差，特別是在寬范圍的測溫中，使得測量精度顯著下降。因此必須進行線性化處理，即非線性補償。這種方法利用電橋和差動放大電路的特性，將熱敏電阻作為電橋的一個橋臂，與運算放大器構成電橋差動線性補償電路如上圖所示。35仿真實驗對0C100C。之間的溫度變化由分度表可以得到鉗電阻的阻值，實驗結果如下：圖36為對0100C。之間阻值與溫度之間的關系曲線，藍線為擬合曲線。其相關特性如下：Linea

37、imodelPolyl:f(x)=pl*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):pl=0.391(0.3898,0.3922)p2=100.1(100,100.2)Goodnessoffit:SSE:0.02965R-square:1AdjustedR-square:1RMSE:0.0574從上面的數(shù)據(jù)來看，在0100C。之間的你和情況還是相當好的，標準差達到了0.0574o3.6小結在溫度測量系統(tǒng)中，Ptioo鉗熱電阻被密封在金屬棒中，這樣使得本溫度測量系統(tǒng)不但可以測量室內氣體溫度，還可以測量油缸內油溫、土壤、液體、種子等內的溫度，大大提高了溫度測量系統(tǒng)的適用范圍。采用鞏100鉗熱電阻為溫度檢測元件，可有效降低開發(fā)成本，擴大應用。該變送器的電路設計簡單方便，實用性好，電路工作穩(wěn)定、可靠性高。該產品已實際應用于空壓機專用變頻器溫