铂电阻十篇

铂电阻篇1

关键词：铂电阻，测温电路设计，模拟-数字转换非线性校正，数据采集

一、引言

铂电阻温度传感器，因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用。

在精密测量系统中，铂电阻测温系统电路结构图如图1所示：铂电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号，再经过放大及A/D转换后送微处理器进行处理。为了能对铂电阻测温的非线性进行校正，作者利用双积分A/D转换原理，设计了一种高精度的铂电阻测温非线性校正方案。实践证明，该方法不仅性能稳定，结构简单，而且在0～200℃范围内准确度可达到0.15%FS±4字。

二、非线性校正原理

1、非线性A/D转换原理

因为铂电阻经桥路检测后，其输出电压UM与被测温度q之间具有函数关系：

式中：A，B为常系数。

如果能构造成一个函数电路，使其具有与上式相同的函数形式：

同时使UM=UN，则容易得出q=t（这里，“q=t”仅有数学意义，实际上它们的量纲是不一样的）。这样，在UM=UN的前提下，温度q的测量问题就转化为对时间t的测量了。

以上是本文阐述的以变量变换的形式实现传感器非线性校正的设计思想。这里t的量纲为时间，其测量过程是通过双积分A/D转换实现的。双斜率积分转换表达为：

(1)

式中：Uin—A/D转换时模拟输入电压，

T1—A/D转换过程中正向积分时间，

T2—A/D转换过程中反向积分时间，

Uref—A/D转换时参考输入电压。

当Uref为定值时，Uin与T2具有线性关系，因此这种情况下可以认为A/D输出结果为：

T2=T1Uin/Uref.

假定Uref(t)为时间t的函数：Uref(t)=M+Nt(2)

其中：M，N为待定常系数。

A/D转换后的输出结果若能完全补偿铂电阻温度非线性，则有：Uin=aq+Bq2(3)

故将式（2）和式（3）代入式（1），

假设：AT1=M，BT1=N/2,

则有：T2与q在数值上大小相等，即T2=q，可见实现了铂电阻的温度与数字量线性转换。

可以看出，在A/D转换过程中，模拟电压输入与数字量输出之间不是线性关系，其函数关系刚好与Rq—q关系相反，当其特性实现了相互完全补偿时，就能获得线性q/T2转换。显然，利用双积分A/D转换实现非线性校正的关键是应能满足式（3）所表征的函数关系。本方案采用RC回路极其简单地达到了该目的。

2.高精度A/D转换器ICL7135

铂电阻测温电路线性化设计的实现采用了4位半双积分型A/D转换器ICL7135。ICL7135每一个转换周期分为三个阶段：自动调零阶段、被测电压积分阶段、对基准电压Uref进行反积分阶段。下面结合铂电阻温度测量分析ICL7135的工作过程：

(1)正向积分阶段

ICL7135与89C52接口电路原理图如图2所示。在此阶段，ICL7135对Uin进行定时积分，固定时间T1=10000T0（T0为时钟周期）。积分器的输出电压为：

(4)

同时，在此阶段基准电容C对电阻R放电。外接电阻R正是为了对铂电阻温度特性的二次非线性项进行校正而设置的。此阶段完成时，C两端电压为：

(5)

式中，UW为t=0时电容C两端电压值。

将上式在t=T1处按马克劳林公式展开,若选取适当参数，使,则上式可简化为：

(6)

(2)反向积分阶段：

在此阶段，基准电容C两端电压又被内部积分电路进行反向积分，在整个T2阶段UC(t)可认为是线性的，T2结束时积分器输出又回到零位，此时有：(7)

由式（4）、式（6）、式（7）整理可得：

将式（3）代入上式，得：

令等式两边常量对应相等，则有：q=T2。

在T2时间内,对A/D转换器进行时钟计数，并以数字量形式输出，从而定量地将被测温度值反映出来，实现电路的数字化测量。

三、ICL7135与单片机89C52接口的新方法

以往使用7135是利用它具有多重动态扫描的BCD码输出来读取A/D转换结果，这样既费时、又占用较多口线。在测控仪表中，尽量少占用微处理器I/O口线，以最少原器件、完成尽可能多的任务是十分重要的。这里介绍的ICL7135与单片机接口的简易方法，是利用7135的“BUSY”端，只需占用单片机89C51的一个I/O口和内部的一个定时器，就可以在十几微秒的中断服务程序中把ICL7135的A/D转换值送入单片机内。实践证明，该方法具有实际应用价值。

在图2中,若89C51的时钟采用6MHz晶振，在不执行movx指令的情况下，ALE是稳定的1MHz频率，将ALE经过二分频可得到500kHz的频率供给ICL7135时钟输入端。T0规定为定时方式1，满足ICL7135的19999满量程要求。ICL7135在A/D转换阶段,状态输出引脚BUSY为高电平，指明A/D转换器正处在信号积分和反积分阶段，这个高电平一直持续到消除积分阶段结束。在定时器方式寄存器TMOD中，置T0的门控位GATE为1，利用BUSY作为计数器门控信号,T0的计数将受BUSY控制。控制计数器只能在BUSY为高电平时计数，那么输入信号：A/D转换值=BUSY高电平期间内计数器计数值-10001

图2中用ICL7135的BUSY端接89C52的外部中断，POL为信号极性输出端，接89C52的P1.7，高、低电平表示被测信号为正、负极性。

四、实验结果及误差分析

在以铂电阻测温电路的线性化设计的方案中，误差来源一方面来自于基准电容放电过程的非线性引起的误差：当RC取值满足时，此项误差折合成温度值可小于0.03℃。另一方面误差来自于A/D转换准确度。当选用4位半A/D转换器ICL7135时，其准确度为±0.05%，折合最大温度误差为0.10℃，两项误差相对独立，电路总体测温误差为±0.104℃。本电路经组装后，进行了实际性能测试，实验数据见表1。从测试结果看，样机最大误差为-0.18℃，与分析结论基本相近。

表1（铂电阻分度号为Pt100）标准温度(℃)

显示温度(℃)

绝对误差(℃)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

100.20

110.17

120.05

130.12

140.11

149.95

159.88

169.84

179.84

189.82

200.18

0.20

0.17

0.05.

0.12

0.11

-0.05

-0.12

-0.16

-0.16

-0.18

0.18

参考文献

[1]R.E.贝德福德、T.M.道芬里、H.普雷斯顿.托马斯合著：袁光富译，温度测量，计量出版社，1995

[2]赵学增，检测与传感技术，哈尔滨工业大学出版社，1998.10

[3]郑建国，一种高精度的铂电阻温度测量方案，自动化仪表，1997.18(8)

TheDesignfortheLinearizationofPtResistanceTemperatureMeasurement

铂电阻篇2

[关键词]铂热电阻；在线检测；方法实践

中图分类号：TM934.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0111-01

引言：在实际应用铂热电阻时，无论是仪表生产商还是用户，都需要进行铂热电阻的检测。使用常规检测方法，需要在温度稳定后利用测量标准和被检电阻值进行实际温度的计算，然后利用公式进行被检值的计算，将给铂热电阻使用者带来一定的不便。而使用在线检测方法进行铂热电阻的检测，则可以利用计算机进行检测过程的控制，并且能够轻松获得检测结果。因此，相关人员有必要对铂热电阻在线检测方法展开分析，以便更好的进行铂热电阻的使用。

1 铂热电阻的检测方法分析

从工作原理上来看，铂热电阻的电阻丝将随着温度变化而变化。利用铂热电阻，能够完成-200-800℃范围内的温度的测量，具有良好的电气性能，其电阻和温度呈近似线性关系，测量精度较高。在使用铂热电阻之前，还要对其进行检测，以确保元器件的测量精度。但在实际检测的过程中，由于铂热电阻需要与连接导线、转换开关和接线端子等器件连接，所以阻值的测量会受到接点产生的接触电阻和导线电阻的影响，从而导致测量误差的产生。就目前来看，在对铂热电阻进行检测时，可以使用二线制、三线制或四线制电路。使用二线制电路，没有对引线电阻和接触电阻进行考虑，容易导致检测结果中含有较大误差。使用三线制电路，同样需要使用电桥电路，但是可以利用可变电阻器进行电桥的平衡，从而进行引线电阻和接触电阻的相互抵消[1]。使用四线制电路，无需进行电桥电路的设计，并且在测量电压时只有少量漏电流，所以能够实现高精度测量。

2 铂热电阻的在线检测方法的提出

2.1 铂热电阻的在线检测内容

在进行工业铂热电阻传感器的检测时，需要完成外观检测、绝缘电阻测量和示值误差检测三部分内容的测试。在对示值误差进行检测时，可以使用在线检测方法提高检测效率和精度，从而使工业生产效率得到提升。在检测时，需要在0℃和100℃这个温度点上进行电阻示值误差的检测。在0℃温度点上，需要在冰点槽中检测。在100℃温度点上，需要在标准油槽中检测。通过将标准铂热电阻温度计和铂电阻温度传感器放入温度槽，然后使用在线检测系统进行传感器数据的采集，就能够完成铂热电阻的在线检测。

2.2 铂热电阻的在线检测方法

在检测时，考虑到工业铂热电阻温度传感器的引线方式不同，还要根据引线采取不同接线方式。针对采取二线制引线的工业铂热电阻，需要在电阻每根引线末端进行两根导线的引出，然后采取四线制接线。针对采取三线制引线的铂热电阻，还要使用两次测量方法进行电阻或温度的测量，从而使内引线电阻的影响得以消除。在测量时，需要使用四线制方法接线。而在线检测设备应该由计算机、恒温系统、温度数据采集板等设备组成，与温度槽共同构成在线检测系统。利用温度槽，可以为铂热电阻提供检测需要的温度源。利用温度采集板，则可以完成铂热电阻温度数据的采集。由于可以利用计算机实现所有数据采集过程的控制，所以能够实现铂热电阻的在线检测[2]。在实际开展在线检测工作时，需要将铂热电阻传感器与温度计一同放入温度槽，然后按照要求将传感器引线与数据采集板连接。确认接线正确后，需要将计算机与采集板的标准接口连接，然后利用软件进行数据采集板控制，从而实现铂热电阻的在线检测。

3 铂热电阻在线检测方法的实践探讨

3.1 在线检测的硬件设计

在实际进行铂热电阻检测时，使用的铂热电阻为B级WZP薄膜铂热电阻，直径为1μm。在对铂热电阻产生的电压值进行采集时，考虑到铂电阻上电流为μA级，还要使用预算放大器和测量放大器进行信号放大，然后利用数模转换将得到的数字信号输入到单片机中。而使用的数据采集芯片为ADUC824，具有较高的数据采集精度，所以能够省略信号放大环节。在利用该芯片进行信号采集前，需要使信号先经过有源低通滤波器滤波。而通过设定低截止频率，则能够避免电路板受到交流干扰。在线检测系统使用的电源为串联型直流稳压电源，可以进行5V和15V直流电压的提供。在电源的整流部分，需要使用大容量电解电容滤波，从而达成减小输出电压波纹的目的。为抑制电源侧高频干扰，还要在整流电路后使用高频电容进行负载端瞬态响应的改善，从而实现噪声干扰的抑制。考虑到系统测量精度要求较高，需使用24位AD转换器。此外，在机构动作控制方面，需使用光电耦合进行继电器驱动。在连接数据采集芯片时，需要使用三线制零MODEM方式，而芯片上集成的串行通讯接口数据传输率能够达到20000b/s。

3.2 在线检测的软件设计

利用计算机进行数据采集控制，还要使用汇编语言进行系统程序的编制。在进行软件设计时，需要分别完成采集程序、数据处理程序和通讯程序的编写，并且使用模块化结构完成测试软件设计。所以，系统测试软件由初始化程序、主程序、数据采集子程序、数据处理子程序和机构控制程序等组成。系统主程序主要用于计算和处理采集到的数据，从而完成铂热电阻的电阻值求取，并且进行电阻比和测试结果的显示。初始化程序需要完成采集板接口、单片机和数据缓冲区的初始化，机构控制程序需要完成机械机构控制，数据采集程序用于进行电阻电压值的采集，数据处理程序用于进行数据测量结果显示、误差校正和数字滤波等。按照系统软件测试流程，系统开始运行后，会先进行初始化。自检通过后，系统会控制机械进给，然后确认是否达到延时时间。如果达到延时时间，系统模拟开关0将打开，然后进行标准铂热电阻电压值采样。完成数据存储的同时，系统模拟开关1将被打开，然后进行待测铂热电阻电压值采样，并完成数据存储。在同一时刻，系统将进行连续5次采样。最后，系统模拟开关将关闭，存储的数据会被传送至采集芯片，经过数据处理后会在屏幕上显示出来。

使用该种在线检测方法进行铂热电阻检测，由于使用的数据采集芯片为24位，分辨率能够达到1/16777216。而系统输入信号的总量程为2.5V，所以分辨率对应的模拟电压为0.149μV。综合考虑输入信号精度和信号处理精度，实际测量数据精度将能得到7位有效数据，因此能够满足铂热电阻的检测需要。

结论：总之，铂热电阻具有较高的精度，并且测温稳定性好，具有较强的抗冲击性能，所以在工业生产中得到了广泛的应用。而使用在线检测方法进行铂热电阻的检测，则能够快速完成铂热电阻测量精度的检测，从而更好的进行铂热电阻的使用。因此，相信本文对铂热电阻的在线检测方法展开的探讨，可以为相关工作的开展提供指导。

参考文献：

铂电阻篇3

关键词：HMP45D，温湿度传感器，原理，维护

 

引言

HMP45D温湿度传感器是芬兰VAISALA公司开发的具有HUMICAP技术的新一代聚合物薄膜电容传感器，目前大连周水子国际机场空管气象部门已投入业务运行的自动气象站[1]，均采用该传感器。论文范文，。由于该传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，从而使传感器在某些环境中产生漂移。论文范文，。而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化及机械冲击产生变化，因此传感器需要进行定期维护和校准。

1.HMP45D温湿度传感器的结构

HMP45D温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器[2]，即HMP45D是将铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体的温湿度传感器，如图1所示。

图1 HMP45D温湿度传感器外型图

2.HMP45D温湿度传感器的工作原理

2．1 温度传感器工作原理

HMP45D温湿度传感器的测温元件是铂电阻传感器Pt100，其结构如图2。铂电阻温度传

感器是利用其电阻随温度变化的原理制成的。标准铂电阻的复现可达万分之几摄氏度的精确度，在-259.34～+630.74范围内可作为标准仪器。铂电阻材料具有如下特点：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率交大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好[3]。

图2 铂电阻温度传感器结构图

由于铂电阻具有阻值随温度改变的特性，所以自动气象站中采集器是利用四线制恒流源供电方式及线性化电路，将传感器电阻值的变化转化为电压值的变化对温度进行测量[4]。铂电阻在0℃时的电阻值R0是100Ω，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻值Rt为

(1)

式中：α，β为系数，经标定可以求出其值。由恒流源提供恒定电流I0流经铂电阻Rt，电压I0Rt通过电压引线传送给测量电路，只要测量电路的输入阻抗足够大，流经引线的电流将非常小，引线的电阻影响可忽略不计。所以，自动气象站温度传感器电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计。论文范文，。测量电压的电路采用A/D转换器方式。

2．2 湿度传感器工作原理

HMP45D温湿度传感器的测湿元件是HUMICIP180高分子薄膜型湿敏电容，湿敏电容具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化，从而完成对湿度的测量。湿敏电容主要由湿敏电容和转换电路两部分组成，其结构如图3所示。它由上电极(upper electrode)、湿敏材料即高分子薄膜(thin-film polymer)、下电极(lower electrode)、玻璃衬底(glass substrate)几部分组成。

图3 湿敏电容传感器结构图

湿敏电容传感器上电极是一层多孔膜，能透过水汽；下电极为一对电极，引线由下电极引出；基板是玻璃。整个传感器由两个小电容器串联组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1V的线性变化。由此，可以通过湿敏电容湿度传感器测得相对湿度。

3．HMP45D温湿度传感器的校准和维护

对HMP45D 传感器的维护，要注意定期清洁，对于温度传感器测量时要保证Pt100 铂电阻表面及管脚的清洁干燥。论文范文，。在清洗铂电阻时一定要将湿度传感器取下，使用酒精或异丙酮进行清洗。其具体步凑如下：

1） 旋开探头处黑色过滤器，过滤器内有一层薄薄的白色过滤网，旋出过滤网，用干净的小毛刷刷去过滤网上的灰尘，然后用蒸馏水分别将它们清洗干净。

2） 等保护罩和滤纸完全风干之后，将其安装到传感器上。然后再将传感器通过外转接盒连接到采集器上，再和湿度标准传感器一起放入恒湿盐湿度发生器进行对比。恒湿盐容器的温湿参数[4]如表1。

表1HMP45D校准前后数据对比

铂电阻篇4

奇特的金属特性

金为黄色贵金属。熔点1063℃，密度为每立方厘米19.30克，导电性仅次于银。其化学性质极为稳定，不与氧作用，也不溶于酸和碱，但溶于王水(硝酸与盐酸1:3的混合液)及氰化钠或氰化钾溶液。金的延展性极好，可轧成0.00001毫米的金箔或拉成每米重量只有0.5毫克的细金丝。俗话说“真金不怕火炼”，若放在火中烧，表面仍然光彩夺目便是金，而表面因氧化而失去光彩则是别的金属。

银是一种白色贵金属，熔点为960.8℃，密度为每立方厘米10.5克。其最突出的特点是具有极好导热性、导电性、对光的反射性和很好的延展性。1克银可拉成1800米长的细丝或轧成厚度为十万分之一毫米的银箔。银是一种低毒金属，在劳动场所，银的允许浓度为每立方米0.01mg。过多摄入银对肝有害，而且会使眼膜患银皮症。

铂族金属中的铂与锇、铱、钯、铑、钌性质相近，人们习惯以铂作为主要代表。这种贵金属色银白，俗称“白金”。熔点为1769℃，密度为每立方厘米21.45克。质软，可锻造、轧制和拉拔成棒、片和线。化学性质稳定，在高温下，直至熔点也不易被氧化；室温下，除王水外，几乎不与所有化学试剂起反应。在所有易加工的材料中，铂及其合金是最耐腐蚀的。铂还有稳定的电阻、电阻温度系数和良好的热电性能。在所有的矿石中，铂族金属总是共生，以铂、钯的量最大，约占总量的90％。

颇高的应用价值

贵金属的应用价值很高，在人类历史的发展过程中不断作出贡献。金主要用于作首饰和货币储备，在工业和医学上也有应用。它可以用来制作反射红外线的特殊滤光器、陶瓷和玻璃的着色剂。在电子、航空工业中作表面涂层、焊料、镀层和重要零件。在宇宙航空工业中作热控仪表、滑动和滚动元件。在人造纤维工业中用金铂合金做喷丝头。金还是上等的牙科材料，用来镶补损害的牙齿。此外，金的同位素常在医疗上用作示踪原子。

银自古至今都和人们紧密相伴。古时候，银及其合金大量用于制造货币和装饰品。近代主要用作感光材料和电工材料，可制造各种接触点，真空管及X射线管零件，也可作焊接电阻、永磁、测温仪表材料及轴承材料。银基焊料有银―铜和银―铜―锌等合金：银―铟―镉合金用于反应堆控制材料，银―锰―铝永磁合金可作为小型测量仪表的磁簧等，银的卤化物(溴化银、氯化银及碘化银)是好的感光器材用料。银还可以用作电镀，保险丝、聚光器和荧光屏等方面。银是细菌的天然杀手，2000多年前，人们就发现了银有灭细菌的功能。实验证实，在1吨水中只要有半粒米大小的银盐，经30分钟后，对痢疾、伤寒、沙门氏、霍乱等各种病菌都有杀灭能力。所以，宇航、舰艇上的净水装置首选银剂。近一个时期，抗菌商品很多，从床单、内衣、袜子、地毯到电冰箱、洗衣机、电话机、厨具等等，大都选用银来做抗菌剂。

铂及其合金化学稳定性很高，在石油化学工业中可以用作催化剂。另外还可用来做耐腐蚀的仪表、仪器的零部件，如铂器皿、铂电极、电阻温度计、铂铱合金陀螺仪导电环、笔尖、钟表仪器、轴承等。在电子工业中，铂可以用作电阻、继电器、火花塞电极、电触头、热电偶及印刷线路。铂―铁和铂―钴合金具有高磁性，可作永久磁体。铂铑合金可作高温发热元件，同时还是生产玻璃纤维的喷嘴和拉模的良好材料。在生产优质光学玻璃和化合物单晶拉制时，必须用铂作容器内衬或高温反应坩埚，才能保证质量。铂在人体溶液的作用下，通过化学反应生成的“顺氯氨铂”化合物，习惯称之为“顺铂”。试验证明，顺铂具有很强的抗癌能力，对于抑制癌症发展和缓解癌情有良好效果。

贫乏的蕴藏储量

黄金在地球上的储量极少，其含量只占地壳的十亿分之五左右。主要以游离状态存在。按目前的年产量计算，过不了50年就会被采光。科学家们研究表明，浩瀚的大海里面黄金储量相当丰富，全部海水中约有黄金千万吨左右。在太空中有一个叫“巨蟹座K星”的恒星，它的黄金含量，据说是该星质量的十万分之一，估计约有1000亿吨，数字非常惊人。不过，就当前的情况来看，开采海洋和太空中的黄金还有许多问题需要解决，只能作为未来的课题来考虑。目前，南非黄金产量居世界第一，最高年产黄金曾突破1000吨大关。南非有着世界最大的黄金矿，在奥兰治河的支流瓦尔河流域，金矿区连续排列成一个半圆形，人们把它叫做“金弧带”。

世界上银的储量也不多，且集中在少数一些地区。其中，墨西哥银矿资源丰富，储量居世界前列，是世界首位银生产国。至于铂族金属在世界上的储量则更为稀少。早期，铂矿来源于哥伦比亚。现已探明储量较大的国家有：’南非储量S万吨，俄罗斯储量5900吨，加拿大储量250吨：美国储量250吨。由于把铂族金属从矿石中提取出来相当困难，因此，铂族金属的产量不大，通常以盎司计量(1盎司=28.3495克)。据统计，每年要是有1万吨白银和1千吨黄金进入国际市场，而铂族金属只有70多吨。相比之下，差距很大。

多样的回收方法

为了尽最大可能减少对金、银和铂族贵金属的消耗，科研人员采取了很多切实有效的方法，来进行加工和回收。

银矿产出的银较少，所以，从工业废料(如感光材料和镀银器件等)中回收是银的重要来源之一。在餐具和装饰品中获得的银废残料中，一般含有80％或92.5％的银。照相工业使用的银，大约有50％残留在定影液中。电工部门在制造电触点的各个工艺程序中会产生一定数量的废银屑。电子工业镀银开关元件、化学工业使用的含银催化剂、银质设备、镀银器皿或管路，都有大量的银可以回收。存档的x射线底片和电影胶卷，其存储期超过限定的周期后，则成为再生银延续不断的来源。科学家实验发现，对含银定影液，采用电解法可以产生纯度很高的致密粗银，或是用化学还原法获取含银10％～60％的泥浆状富集物。

铂电阻篇5

【关键词】电伴热 控制原理 电热带

电伴热是利用电能致热，在物料管线或罐体上发出均匀热量，以补偿被伴热物体在工艺生产过程中的热量损耗，维持物料温度在一定范围内，从而满足其工艺技术要求。同传统的蒸汽伴热相比，电伴热具有高效节能、发热均匀、可靠性高、安装维护简便、无“跑冒滴漏”现象、易于实现自动控制等优点，是电热工程领域的一项新兴技术。

下面以某石化企业醋酸管线电伴热为例，对其控制原理作进一步分析探讨。 1 参数设计

某石化企业，从生产区到船运码头的醋酸管线，长度3510米，采用Φ108×4不锈钢管，保温材料为岩棉，厚度80mm，醋酸凝固点为16.63℃。为确保管线顺畅，不因环境温度降低而导致管线内醋酸结晶，介质维持温度要求为25±3℃。

根据热力学基本原理、以及相关的工艺条件，管道隔热层厚度与管道热量损失q的关系由以下公式确定[1]：

（式7）

即线芯发热温度达50℃时，为确保5.2w/ m的发热功率，换算成20℃时的电阻值为11.25Ω。

2.3 控制回路

电伴热的控制，以管线的温度作为反馈信号，控制温控器的输出节点，使伴热达到自动控制与调节的效果。

控制回路的电源，采用了J B K 3480V/220V隔离变压器，具有降压、隔离的作用：一方面，将电压降为220V工作电压；另一方面，使变压器的一次侧与二次侧在电气上完全隔离，防止触电危险[3]；同时，具有滤波作用，抑制高次谐波传入控制回路，防止干扰。

醋酸管线的测温采用Pt100铂电阻，量程范围50℃～100℃，铂电阻物理化学性能稳定，抗氧化能力强，适用于酸碱腐蚀场所，测温精度高；铂电阻内接一温度变送器模块，通过24V直流电源，将电阻信号转化成4～20mA电流信号，作为温控器的输入信号。

现场电流信号通过控制电缆加以传输，称之为温控电缆，沿管线敷设。由于外管廊属防爆危险区域，因此采用隔离式安全栅[4]，对窜入现场的电流、电压加以限制，确保物料管线的安全；当温控电缆短路时，安全栅将被损坏，回路断开，对24V电源、温控器具有保护作用，防止故障范围进一步扩大。

温控器的设定温度为25℃，且具有±1.5℃的回差：当管线温度低于23.5℃时，温控器节点闭合，主回路接通，管线处于加热状态；当管线温度高于26.5℃时，温控器节点断开，主回路随之断开，管线停止加热。

控制回路的保护，采用ZEV65电子过载继电器，具有缺相、过载、三相电流不平衡保护功能。过载电流通常按1.05～1.1倍额定电流整定，当Ie=38A时，过载电流为：

Ir=1.05Ie=1.05×38（A）≈40（A）（式8）

3 安装调试

电热带出厂时，必须通过交接试验，试验标准为：用1000V摇表，线芯对屏蔽层绝缘电阻≥50MΩ；工频2500V、一分钟交流耐压试验，绝缘层不被击穿。

在沿管线敷设时，三相电热带应平行敷设，不宜交叉、叠绕，以防止局部过热而烧坏；电热带紧贴管壁，用铝箔胶带加以固定；三相电热带采用“Y”型接法，在尾端接线盒内将线芯并接起来。

因使用长度的限制，电热带采用DJHVI100型防爆接线盒过渡、连接，接线端子容量为100A，接线盒防爆等级达到ExdIIBT4，以符合现场防爆要求[5]，电热带属无火花型电器，防爆等级为ExeIIT4；每段电热带的屏蔽层，必须相互连接，且可靠接地，接地电阻值

温控器是电伴热控制的核心，具有接线简单、安装方便、功能完备、参数设置灵活的特点。在输入方式上，温控器支持热电偶、铂电阻、4～20mA模拟量输入，可根据现场信号采集的实际状况加以选择；就输出方式上，采用了温控节点输出，节点容量达到10A，具有较强的带载能力；在控制方式上，通过PID调节功能[6]，能提高控制系统的快速性、稳定性和准确度。

温控器接线调试完毕，接着对铂电阻进行校验。采用标准电阻箱，参照Pt100铂电阻分度表，现场输入电阻信号，观测温控器显示温度，并做好记录。调试数据如表1所示，表明铂电阻测试温度在一定误差范围内，运行正常。

对三相电热带直流电阻进行测试，分别为11.62Ω、11.60Ω、11.65Ω，与理论计算值大致接近；送电试运，三相电流平衡，均为38.1A，电热带发热正常，热效率稳定，可以正常投用。

4 结语

电伴热是一套成熟的技术，从控制方式、元器件选型，到防爆安全性，均能达到现场运行要求；而随着电气控制理论的发展、电力电子元件的开发应用，电伴热控制系统将更为高效、节能。

参考文献

[1] 张昌煜.工业蒸汽的有效利用[M].上海：科学技术出版社，1983：88、345

[2] 方大千.电工计算手册[M].山东：科学技术出版社，1993：264-265

[3] 张伟.电气安全[M].北京：劳动人事出版社，1990：137-143

[4] 乐嘉谦.仪表工手册[M].北京：化学工业出版社，2003：318-322

[5] 王尽余，潘妙琼，钟梅.防爆电器手册[M]. 北京：化学工业出版社，2009：5-20

[6] 王馨，陈康宁.机械工程控制基础[M]. 西安：交通大学出版社，1997：176-181

铂电阻篇6

关键词：自动气象站；故障；维修；维护

1 气压传感器故障与维修

气压传感器由于是放置在采集器内工作，因此当气压要素出现故障的时候在能排除是由于气压传感器的供电引起的情况下，一般可以直接更换气压传感器来排除故障。

2 温度传感器的故障维护

2.1 温度传感器工作原理

温度传感器的测温元件是铂电阻（Pt100），铂电阻通常制成薄膜状，外涂防潮、防腐蚀的保护层，气象用铂电阻还有镀铬的金属防辐射层。与半导体电阻温度表相比，铂电阻阻值很小，测温灵敏度较小，如果直接用欧姆表测量电阻以换算为相应的温度值，其温度测量的分辨率很低。通常采用平衡电桥法或不平衡电桥法测量，或通过恒流源将电阻变化变为电压变化并进行放大处理，以提高测量的灵敏度。随着电子技术的发展和A/D技术及器件性能的提高，已有集成电路直接将铂电阻的温度感应信号变为数字量。考虑到金属电阻接入测量电路时，电流会产生热效应，测量电流和引线电阻应尽量小。一般元件电阻约为几十欧姆，而测量电流常取几mA～几十mA。需要进行高精度测量时，一般采用四线制接法，以消除引线电阻的影响，满足RT385测温标准。

2.2 温度传感器检测维护

铂电阻温度传感器：用万用表电阻200Ω档量取温度传感器1、2任意端与3、4任意端之间的电阻值是否在80～120Ω之间；用万用表电阻200Ω量取1、2或3、4端之间的电阻值是否在1～8Ω之间，若以上测量中，有一项指标超出范围，应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量，且注意观察接头是否有接触不良的现象。如果，以上测量均不能满足2、3项测量中的要求，则应更换温度传感器。

如果温度缺测或温度示值为- 46.1℃，且长时间不变故障一般为温度传感器或者是传感器到采集器之间的线缆断线所至，应检查线缆。

3 湿度传感器部分故障维护

在HMP45D湿度与温度探测器中，其感湿元件是高分子湿敏电容。湿敏电容湿度传感器使用方便，在常温、常湿环境中有较高的精度，使用一段时间后性能会下降。

4 风向、风速传感器的工作原理和维修

4.1 风向传感器的工作原理

风向测量是利用一个低惯性的风向标部件作为感应部件，风向标部件随风旋转，带动转轴下端的风向码盘，风向的信号发生装置由格雷码盘、发光管、光敏管等组成。码盘是一个圆形金属薄片，上面有七个不同等分的同心圆，同心圆由内到外分别作2、4、8、16、32、64、128等分，每个相邻等分不是被挖空就是未被挖空，或者说不是透光就是不透光。对应每个同心园的上下面有一组发光管和光敏管，共7组。风标转动时，由于同心圆的透光或不透光，7个光敏管上接收到或接收不到光，7根信号线上或是“1”或是“0”，这就完成了风向到格雷码的转换。

4.2 风速传感器工作原理

风速测量是利用一个低惯性的风杯部件作为感应部件，信号变换电路为霍尔集成电路。在水平风力的驱动下，风杯旋转，在霍尔磁敏元件中感应出脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加，测出频率就可计算出风速。

5 雨量部分维修

雨量要素值出现故障的时候我们可以从雨量传感器的原理入手分析和查找故障原因。首先，我们可以用万用表来测量雨量传感器是否损坏：把万用表拨至测量电阻档，分别把红黑表笔放在雨量传感器的两个输出接线柱上，然后翻动带磁铁的翻斗，使其顶部的磁铁不断的通过干簧管，观察万用表上的指针，如果指针不断的摆动，则表明传感器输出正常，如果万用表上的指针没有变化，则说明雨量传感器干簧管损坏，需要更换干簧管；其次，我们还可以用简单的方法判断采集器雨量通道信号的采集：将雨量信号电缆线从采集器上取下，可以看到采集器接雨量信号的接口为3针航空插头，其中单针接屏蔽线，并列的两针分别接雨量信号电缆的两根信号线，我们可以将这两针用导线短路然后断开模拟雨量传感器信号，等待一分钟后观察采集器是否有雨量采集，如果有则表明采集器雨量信号通道正常，如果没有雨量值则表明采集器雨量信号通道故障。最后，我们还可以判断雨量信号电缆线是否正常：我们可以将电缆线的一端的两跟信号电缆线短接在一起，然后在另外一端用万用表的电阻档测量两根信号电缆头之间的电阻，观察信号电缆线是否正常。

参考文献：

[1] 刘文辉，刘志芳，刘园园.CAWS600型自动气象站故障个例分析及建议[J].现代农业科技，2010（17）：304，306.

铂电阻篇7

关键词：轧机；辊箱；油膜轴承；热电偶；端面铂热电阻；信号转换模块

1 前言

沙钢集团自上世纪90年代引进第一条MORGAN进口线材精轧机后至今共计引进了8条生产线，均已投产，由于高线轧机线速度较高（最高可达115米/S）用于传动的辊箱辊轴最高速可达10000rpm，所以辊轴必须进行充分并进行温度监控，如运行中辊轴轴承温度过高时必须立即停车以免烧坏辊箱，MORGAN进口线材精轧采用油膜轴承，轴承测温采用K型热电偶，轧机运行时用来监控油膜轴承温度，实际使用中如部分辊箱负荷过大时就会造成油膜轴承温度偏高、热电偶长时间工作在高温区、再加上辊箱要经常性的换下保养，时间一长热电偶就有损坏，如不及时修复，就无法及时监控到辊箱油膜轴承温度，在没有监控的情况下辊箱运行很危险，一旦温度过高，没有及时停机就会造成辊箱烧毁，造成重大损失。

2 用端面铂热电阻替换损坏的热电偶

端面热电阻的感温元件由特殊处理的铂丝绕制，紧贴在传感器探头端面，与一边的轴向热电阻相比，更能准确和快速地反映被测点的实际温度，在轴瓦测温中得到广泛的应用。油膜轴承测温中选用的端面热电阻型号为WZPM-201，分度号为PT100，测量范围为-150～300℃，热响应时间小于1S，导线长1000mm 。

用端面热电阻更换极其简单，由于微型，端面热电阻和热电偶测量头直径几乎一样，只要拆下坏了的热电偶用热电阻替换，接好线就行。

3增加热电偶、热电阻转现场信号换模板

在现场分线箱中增加图尔克信号转换模块（IM34-12Ex-Ri），IM34模块可以接收热电偶信号也可以接收热电组信号，只要根据不同输入信号按模板说明将拨码开关选择不同挡位既可，热电偶信号和热电阻信号统一转化为电流信号（4-20Ma），将电流送入测温检测的PLC系统，由于将温度信号转换为了电流信号，根据电流信号衰减比较小的特点可以利用原来为热电偶敷设的电缆，节省投资。图3为信号转换模板接线图，图4为拨码选择开关。

4 热电阻接线方式的选择

热电阻接线方式主要有两线制、三线制和四线制三种。两线制接线方法简单，但连接导线存在沿线电阻，测量精度较低；四线制是在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线专为热电阻提供恒定电流，这种引线方式可完全消除引线电阻影响，但投资较大；三线制是在热电阻根部的一端连接一根导线，另一端连接2根引线，这种方式通常与电桥配套使用可以基本消除导线电阻的影响，是工业控制中最常用的接线方法。

5更换ABB PLC系统的模拟量输入模板

ABB系统原来用于采用热电偶信号的模板是AI835，该模板只能接收热电偶信号，必须将其更换为能接受电流电压信号的AI810，由于2种模板的安装基板TU830接线一样，所以基板不用更换，外部接线也不用更改，只要将系统组态中的模板型号进行更改并重新下装即可，图5为两种模板外部接线示意图。

铂电阻篇8

关键词：温度计 单片机 测温系统

在工业生产过程中，温度一直都是一个很重要的基本物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系，在很多生产过程中，温度测量和控制都直接和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大经济指标相联系，因此在国民经济各个领域中都受到了相当的重视。温度检测类仪表作为温度测量和一些高温测量设备的辅助工具，也因此得到广泛应用。

由于传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低下、工作方式单一，已经不能适应高速发展的现代化工业。随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场，新型的电子测温仪器不仅操作简单，而且精度比传统仪器有很大提高，很大程度上减小了因为温度产生的测量误差。目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻，且热电阻式温度计和其他类型测温传感器相比有很多优点，它的性能最稳定，测量范围大 ，精度也高。例如铂热电阻 Pt100就是使用最广泛的传感器之一。

一、Pt100的特性

铂金属的主要优点是物理化学性能极为稳定、精度高，并且有良好的工艺性，易于提纯，可以制成极细的铂丝（直径可达0.02mm或更细）或极薄的铂箔，它的缺点是电阻温度系数较小。

用铂丝双绕在云母、石英或陶瓷支架上，或采用溅射工艺在石英或陶瓷基座上生成铂薄膜，构成电阻体，电阻体端线与银丝焊接引出连线，外面再套上玻璃或陶瓷或凃釉加以绝缘和保护，这样就构成了铂电阻传感器，是国际公认的高精度测温标准传感器。

二、方案介绍

温度测量方法可分为接触式和非接触式两类，设计中采用的接触式的测温方法是基于物体的热交换现象。选定Pt100作为测温器（温度传感器），与被测物体接触，进行充分的热交换，待两者温度一致时，测温器输出的大小即反应被测温度的高低。它的优点是简单、可靠、测量精度高；但是它对运动物体的测温较困难，测温器易影响被测对象的温度场分布。结合Pt100的电阻特性，给出了如下的测量方案。

1.系统硬件设计

PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，然后由单片机处理得到相应的温度。基于PT100测量电路主要有以下两种方案。

因为滑动变阻器在高温环境下阻值会发生漂移，所以在通过实验研究和理论计算后调节滑动变阻器使模拟输出电压（AD）达到预定的值后，即0时的AD约为40，就将滑动变阻器用两个固定电阻代替，实现了电路的高温环境下的准确测量。

结论：方案一的电桥测温测量范围大，性能稳定，测量精度高，但其电路复杂，不稳定气流会影响电桥的测量精度，产生误差。对于方案二，其测量电路设计简单，且在高温环境下性能稳定，精确度高。两种方案的区别在于信号的获取方式不同，但其原理基本相同，都是将温度信号转化成电压信号便于测量。其测量原理[4]如图4所示。所以在保持温度计的精度高的前提下，方案二的电路耐高温且相对简单、性能稳定，便于制作和调试，所以在设计中选用了方案二的测量电路。

2.系统软件设计

软件部分主要基STC12C2052AD单片机来设计，实现了AD采集和数据处理的功能，它主要包括AD采集和查表程序[6]。AD采集实现了模拟信号向数字信号的转变，然后用查表的方法得到不同信号下的温度值。为了提高测量精度，采取了递推滤波的方法来稳定采集到的电压值，得到的电压值分为两种情况：一种是刚好为某一元素的第一维、另一种是处在两元素第一维之间。对于第一种情况，将采集的模拟电压（AD）与实验得到的的数组进行对比，从而得到与之对应的温度值。对于第二种情况采用线性处理法，两元素的中间值可看成与对应温度成线性关系，利用两端电压值可以求出中间值的线性方程，再将所求电压代入该方程求出温度值。具体程序框图[5]如图5所示。

三、实验测试

1.数据的采集及其性能测试

温度计的标定主要是记录当前温度下所采集的AD值。将测量电路的电压输出端口与单片机STC12C2052AD的一路AD端口相连接，并将测量电路和PT100传感器放入恒温箱中进行-40～175的实验，实验数据将用串口进行传送读取。

2.温度计的标定及查表

2.1温度计的标定

2.2查表原理

查表原理[2]是一一对比法，将某一得到的AD值与实验数组元素第一维从小到大一一对比，如果对比结果相等则输出该元素的第二维，即温度值。如果对比结果没有一个相等，则判断该AD值必处在两个元素之间，根据比较得到两元素的确切值， 将两二维元素看成两个坐标点，求出其线性方程，然后再将该AD值送入线性方程进行计算得到温度值。

四、结束语

本方案在硬件方面采用了传感器的前置放大和调零、调满电路，使测温电路更加简单、稳定，并且在实验研究中，电路在高温环境下性能稳定，重复性很好，在程序模块，通过数次实验，找出了AD采集得到的模拟电压（AD）与温度的对应关系图表，然后采用查表法，可以准确的测量实时环境下的温度，精确度可以达到1。在系统的大范围测温中，高温环境对其测量精度影响不大，所以系统可以用于高温环境中，且测温准确、操作方便、成本低廉。还可以应用在高温仪器的测温系统设备上或经过改善做成无线收发系统，成为远距离测温控制系统，有较高的实用性。

参考文献

[1]华成英. 模拟电子技术基本教程[M]. 第1版. 北京：清华大学出版社， 2006 ：7-36.

[2]易先军， 文小玲， 刘翠梅. 一种高精度温度测量电路设计 [J]. 仪器仪表用户， 2008（6）.

[3]孙传友， 张一. 感测技术基础[M]. 第3版. 北京：电子工业出版社， 2011.

[4]陈德龙，秦会斌，基于Pt100的电子温度表设计[J].杭州电子科技大学学报，2005.

铂电阻篇9

【关键词】PT1000；高温度；压力测量；恒流源；数据存储

在注汽井石油开采的过程中，需要根据井下的蒸汽温度、压力等参数进行适当调节，所以井下温度、压力分布的测量就显得十分重要，对井下的油层状况、合理开采及采油率和节能都有着重大的意义。本设计的难度在于井下温度很高测量环境比较恶劣。在传统的测量井温过程中，使用过温度传感器阵列、红外测温仪、红外热成像仪等，但由于注气井下环境恶劣，会对测试仪器产生较大的影响，容易造成测量误差，并且对于温度场的测量会体现出很多不足之处[2]。在本设计中温度传感器采用铂热电阻，铂热电阻在现代工业生产过程中应用十分广泛，具有非常好的线性、高温稳定性和复现性。在-200～+650度高精度测温范围应用广泛。压强的测量采用蓝宝石压力传感器。系统外壳耐温耐压，保证了它在恶劣环境中各个传感器也能正常工作，并且高稳定、线性度佳、结构简单。本设计在一次下井的过程中就可以完成对不同深度温度和压强的测量、存储和滤波等处理，而且在保证测量精度的前提下尽量简化了方法。仪器直接进入注汽井下油层中进行测量，省去了中间的传输介质，仿真造成不必要的噪声和失真。井上控制部分和手持终端则实现了信息的对接、处理及存储，能够精确地对温度与压强的分布进行测量。

1.硬件系统构成

1.1 系统组成

系统由微控制器、温度传感器、压强传感器、模数转换器、时钟、存储器、电源以及耐压耐高温外壳等部分组成。油井温度在150摄氏度范围内，选用铂热电阻PT1000做为温度传感器，是用高纯度铂做电阻导体，它耐高温、线性度好、灵敏度高、寿命长[3-4]，并且具有高温稳定性和复现性。本设计的传感器采用恒流源驱动的测量方式，这样可以实现线性，并且具有稳定度高、灵敏度高、精度高等优点。压强传感器采用蓝宝石压力传感器，压强在30兆帕以下。温度信号与压力信号经过放大电路和滤波电路，由微处理器片内两路10位精度A/D转换器转换为数字数据进行存储和处理。MCU微处理器选用的是PIC16F876单片机，将所需数据以及当前时刻一并传送到存储器保存。该单片机体积小、功耗低、耐高温IO口驱动能力强，并且指令精简、工作过程极其稳定。系统总体结构框图如图1所示。

1.2 恒流源驱动

由于温度对集成运放参数影响比对晶体管或场效应管参数影响小，由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点，尤其在负载一端需要接地的情况[5]。采用多运放恒流源驱动PT1000铂电阻，电路图如图2所示。其中放大器AR1构成加法器，AR2、AR3构成跟随器，他们均选用低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器OP07。设图2中参考可变电阻R5上下两端的电位分别Va和Vb，Va即为同相加法器AR1的输出，当取电阻R1=R?4，R2=R3时，则Va=Vi+Vb，故恒流源的输出电流为：

该运放恒流源具有负载可接地，当运放为双电源供电时，输出电流为双极性，恒定电流大小通过改变输入参考基准Vi或调整参考电阻R5的大小来实现，很容易得到稳定的小电流和补偿校准。由于电阻的失配，参考电阻R5的两端电压将会受到其驱动负载的端电压的影响。从而就会影响恒流源的稳定性。显然这对高精度的恒流源是不能接受的。所以R1，R2，R3，R4这4个电阻的选取原则是失配要尽量的小，且每对电阻的失配大小方向要一致。采用精密电阻进行筛选，选出其中阻值最接近的4个电阻。

1.3 信号采集

本系统中，所需恒流源要具有输出电流恒定，温度稳定性好，输出电阻很大，输出电流小于0.5mA，负载一端接地，输出电流极性可改变。选用仪表芯片AD620进行信号两级放大、滤波，最后送入片内10位AD转换器，温度放大电路如图3所示。

压力信号采集采用蓝宝石硅晶体，电路如图4所示，选用AD623进行进放大，信号经过放大后也进入PIC单片机内部10位AD。

1.4 数据存储

为了使测量温度、压力分布的数据传到井上，方便上位机的数据分析，本设计使用了有掉电保护功能的E2PROM存储芯片24C02。我们可以方便地对它进行读写数据。它具有工作电压范围广、可靠性高等特点。电路图如图5所示。

2.系统软件处理

2.1 软件补偿

本设计所采用的温度、压力传感器都因其独特的优点而获得了广泛的应用，但由于本设计的环境比较恶劣，其热灵敏度漂移的存在降低了其精度，影响了它在温度变化较大情况下的使用。对以上传感器热灵敏度漂移的补偿方法主要有软件补偿法[6-7]。该系统为闭环控制系统采用PID控制算法，降温补偿部分采用PWM作为控制量，升温补偿部分把电压有效值作为控制量[8-10]。数字PID增量型控制算式为：

式中，为比列系数；=为积分系数；为调整系数。

2.2 程序框图

系统下位机流程图如图6所示。

3.结束语

本系统设计包括前端温度和压力传感器的弱信号检测和放大、滤波，信号的补偿及单片机数据采集处理和存储等功能。同时开发相应上位机处理软件[11]和终端管理系统。对注汽井测井模拟实验室进行测量实验，系统可长期运行稳定，温度和压力数据精度较高，完全适合现场注汽井测试应用。

参考文献

[1]贺会群，陈炳衡.海洋油井测试系统及国产化研究的思考[J].石油机械，1999，27（10）：50-52.

[2][美]G.鲍尔.威尔害特，刘民中，唐金华，张朝琛.注水[J].国外测井技术，2002，17（2）：47-59.

[3]张华鹏.多通道温度压力检测装置的设计与实现[J].洛阳大学学报，2001，16（2）：47-50.

[4]谌德荣，韩肖军.低功耗油田井下压力温度测量仪器的设计[J].华北工学院测试技术学报，2000（14）：3.

[5]姜洪雨.一种新型高精度高温度稳定性恒流源研究[J].现代电子技术，2008，14：3-5.

[6]李吉林.常用热电偶、热电阻分度表[M].北京：中国计量出版社，1992.

[7]张莉丽，戎华.扩散硅压力传感器负热灵敏度漂移补偿方法的研究[J].化工自动化及仪表，2005，32（3）：74-75.

[8]卿太全，梁渊，郭明琼.传感器应用电路集萃[M].2002：62-79.

[9]段仁君.单片机CPU的抗干扰技术[J].微型机与应用，1996，09.

铂电阻篇10

关键词 温度检测；MSP430F169；PT1000；ADS1255；高精度

中图分类号TP368 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0227-02

0 引言

在我国，拥有众多十分珍贵的石窟艺术宝库，大多都已经被列为国家重点文物保护单位，其中敦煌莫高窟、云冈石窟、龙门石窟、大足石刻已经被列为世界文化遗产。但是，近几十年来由于空气污染日益严重，空气中CO­2、SO2含量增高，使水对岩石的侵蚀能力增强，造成石窟雕像风化速率远高于以往的岁月，导致这些艺术瑰宝逐渐失去了原有风采。而造成石窟石雕风化的水主要来源形式有窟顶与窟壁裂隙的直接渗水、对石窟外壁雕刻的直接冲刷的雨水、洞窟内石雕表面的凝结水。据了解凝结水较其它形式的水对石窟文物的影响更加严重，为了找到洞窟风化病害的防治对策，对洞窟内石雕表面凝结水的研究是非常必要的，而洞窟内外的温差是形成凝结水的主控外因。

本文针对此研究提出一种具有较高精度的温度测量方案。该系统以TI公司MSP430F169单片机为主控，采用高精度PT1000铂电阻温度传感器进行测量，并选用24位模数转换器ADS1255进行数据采集，结合液晶显示器进行数据显示，从而达到高精度温度测量。

1 系统硬件设计

该方案采用的主控芯片为TI公司的MSP430F169。MSP430F169 为16-Bit RISC 架构，最高运算速度8MIPS，有六组I/O口P0~P6，计48 pin脚可供输入输出，数字传输周边模块提供两组USART可作为异步、同步传输（支持SPI 3Pin、4Pin传输）、I2C接口，并且还具有超低功耗等特点，广泛应用在计步器、血糖计、三用电表、功率计等可携式产品应用上。

1.1 PT1000和ADS1255温度采集硬件电路设计

金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。铂电阻温度传感器精度高，稳定好，响应也较快，典型实验数据为：在400℃时，持续300小时，0℃时的最大温度漂移为0.02℃。应用温度范围广，是中低温区（-200℃~650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。

ADS1255是一款高性能的A/D转换器，其内部集成多路选择开关MUX、可编程增益控制器PGA、四阶调制器可编程数字滤波器等，具有极低的噪声，可满足高精度的测量要求。ADS1255能够接收输入幅度为0V~5V的信号若超出该范围器件将损坏，因此若需采集的信号不在该范围内，首先需将其线性变化0 V~5V之内才能输入到ADS1255。

本方案选用的为铂电阻为PT1000，级别为1/3DIN B，0℃时电阻值为1 000Ω，100℃时标准电阻值为1 385.1Ω，零度时阻值误差±0.04 %，温度误差±（0.10+0.0017|t|）℃ ，温度系数TCR误差0.003851±0.000004Ω/Ω/℃。图1所示为由PT1000和ADS1255组成的温度采集硬件电路。

图中PT1000和ADS1255均采用2.5V的参考电压，基准源选用TI公司的2.5V电压基准REF5025。ADS1255具有检测连接至输入端外部传感器的完整性的电路，传感器检测电路简化，开启传感器检测功时，ADS1255将自动开启输入缓冲器。由于ADS1255提供3路模拟输入端，模拟多路开关寄存器可将其配置为1路差动输入或者2路单极输入。本方案中，ADS1255设置为差动输入，通道0为正差动输入通道（AIN0），通道1为负差动输入端（AIN1）。

由于PT1000在0℃时电阻值为1000Ω，100℃时标准电阻值为1385.1Ω，变化最大约为0.38kΩ，电阻变化量较小，要得到较高精度的测量数据，所选的分压电阻必须适当，方案中选择的分压电阻R8为5.1kΩ精度为0.1%的精密电阻。

1.2 ADS1255的SPI接口

ADS1255只能工作在SPI 通讯的从机模式下，采用四线制（时钟信号线 SCLK、数据输入线DIN、数据输出线DOUT和片选线CS）。可以通过各种主控制器来控制 ADS1255片上的寄存器，通过串口读或写这些寄存器。

SPI（Serial Perip heral Interface 串行外设接口）总线系统是一个同步串行外设接口，允许 CPU与各种接口器件以串行方式进行通讯，交换信息。接口器件包括简单的TTL移位寄存器、AD、DA 转换器、实时时钟、 存储器以及LCD、LED显示驱动器等。SPI系统使用四条线：串行时钟线（SCK），主机输入从机输出数据线（MISO），主机输出从机输入数据线(MOSI)和低电平有效的从机选择线（SS）由于SPI系统总线只需3~4数据和控制线即可扩展具有SPI各种IO器件，而并行总线扩展方法需8根数据线、8~16位地址线、2~3控制线，因而SPI总线的使用可以简化电路设计，提高设计的可靠性。

2 结论

PT1000的基值为1kΩ，0℃~100℃时变化才0.38kΩ，所以当测量范围为-30℃~50℃时变化一定小于0.38kΩ，采集到的信号需要经过一定的放大，此时可采用AD内部的PGA进行8或者16倍放大，如此虽然牺牲了AD的3或4位，但是对要达到0.1℃的精度影响不大。另外，电路在布线时一定要单点共地，防止大电流造成的压差影响测量精度。AD内部开启的缓冲器不可能达到轨至轨，所以会在电源和地的附近产生电压死区，而AD的电源电压高于基准源的电压，故 PT1000必须是接在2.5V的基准源一端，从而防止产生电压死区影响测量。

参考文献

[1]王选民.智能仪器原理及设计[M].清华大学出版社，2008.

[2]REF5025，Low-Noise, Very Low Drift，Precision voltage reference，2009.

[3]ADS1255，Very low noise 24bit analog-to-digital converter，2008.

[4]何建，胡焱，周超.24位A/D转换器ADS1255及其应用[J].西南民族大学学报：自然科学版，2006(9).

[5]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].人民邮电出版社，2004.

[6]王小波，赵兆，梁春苗.ADS1255及其在数字地震检波器中的应用[J].地质装备，2010.