温度变送器的设计

摘要设计简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方法。在该设计中，以铂电阻PT100作为温度传感器，金属铂具有电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化，基本呈线性关系；在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度。设计采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集，通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0°C〜100°C范围内达到0.5级。系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。关键词：PT100；温度变送器；单片机TheDesignofTheTempertureTransmitterZHANGWu-xiAbstractThisarticlebrieflydescribesthecharacteristicsofPT100platinumresistanceandtemperaturemeasurementmethod.Inthisdesign,itisuseaPT100platinumresistanceastemperaturesensor,Themetalplatinumhasthehighresistancetemperaturecoefficient,andhashighsensitivity.Theelectronicresistivityishigh.Thepartsizeissmall.Theresistancevaluechangesalongwiththetemperaturechange.Itassumesthelinearrelationsbasically.Inthetemperaturemeasurementscope,thephysicsandchemistryofmetalplatinumperformancearestable.Themetalplatinumisgoodatthelong-termreproducibility,andthemeasuringaccuracyishigh.inordertoacquisitionthetemperaturesignal,ituseofconstant-currenttemperaturemeasurementmethodandusesingle-chipcontrol,Amplifier,A/Dconverter.Thetemperatureprecisionisreached0.5levelbetween0°C〜100°C.Thesystemissimple,accurate,stableandwiderange.Keywords:PT100;Temperturetransmitter;SCMTOC\o"1-5"\h\z设计背景 1方案论证与设计原理 12.1传感器的选择 12.2PT100传感器特性和测温原理 22.3系统的工作原理 34系统框图 3电路设计 43.1电源电路部分 42信号调理电路 43.3恒流源电路 43.4放大电路的设计 53.5温度变送器的A/D转换器的选择与设计电路 83.6单片机控制电路 11\o"CurrentDocument"铂电阻温度变送器的实现电路图 13\o"CurrentDocument"设计的精度分析 14\o"CurrentDocument"结论及尚存在的问题 15致谢 16\o"CurrentDocument"参考文献： 17附录1铂电阻分度表 18附录2A/D转换程序 21温度变送器设计姓名：张武溪学号：2008374116班级：08电子（1）设计背景在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。在微机测控系统中，温度变送器在智能温度测量得到广泛应用，以热电阻为例设计其温度变送器，设计中应考虑非线性冏题，同时考虑工业现场中存在参考电源波动以及大量的电磁噪声干扰等对温度测量的影响，设计中应充分考虑这些影响，才能保证测量准确度。设计中还应注意集成电路应用中的关键技术问题以及主要技术指标。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。其中Pt100型铂热电阻的测温精度高、稳定性好，是200+650°C温度范围内应用很广的一种电阻型温度传感器。设计采用AT89S51单片机，TLC2543A/D转换器，AD620放大器，铂电阻PT100及6位数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的显示。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍，利用Pt100为测温度元件，设计出一个精度较高的温度变送器。方案论证与设计原理2.1传感器的选择利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。大多数热电阻在温度升高1C时电阻值将增加0.4%〜0.6%。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200°C〜+500°C范围内的温度。并且随着科技的发展热电阻传感器的测温范围也随着扩展，低温方面已成功地应用于1〜3K的温度测量中，高温方面也出现了多种用于1000〜1300C的热电阻传感器。热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有装配简单，更换方便压簧式感温元件，抗震性能好测量范围大(一200C〜1300C,特殊情况下一270C〜2800C)机械强度高等优点，耐压性能好耐高温可达2800度，热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。而且测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800C以上的高温，主要采用非接触测温方法。其输出受与被测量物体的距离、环境温度等多种其它因素的影响。由于本设计的任务是要求测量的精度和分辨率相对较高，综合价格以及后续的电路，决定采用线性度相对较好的PT100作为本课题的温度传感器，具体的型号为WZP型铂电阻，该传感器的测温范围从一200C〜+650C。 热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，使用方便，考虑到铂电阻的测量精确度是最高的，所以我们设计最终选择铂电阻PT100作为传感器。该方案采用热电阻PT100做为温度传感器、对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。2.2PT100传感器特性和测温原理电阻式温度传感器(RTD,ResistanceTemperatureDetector)是指一种物质材料作成的电阻，它会随温度的改变而改变电阻值。PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0C时阻值为100欧姆，在100C时它的阻值约为138.5欧姆。其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：在0〜650C范围内：Rt=R0(1+At+Bt2) (2-1)在-200〜0C范围内：Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3) (2-2)式中A、B、C为常数，A=3.96847x10-3；B=-5.847x10-7；C=-4.22x10-12；由于它的电阻一温度关系的线性度非常好，因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro（1+aT）其中a=0.00392,Ro为100。（在0°C的电阻值）,T为华氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100OPT100温度传感器的测量范围广：-200C〜+650C，偏差小，响应时间短，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，其得到了广泛的应用。主要技术指标：1.测温范围：-200〜650摄氏度；2,测温精度：0.1摄氏度；3.稳定性：0.1摄氏度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，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后，送到A/D转换芯片，将模拟量转化为数字量，传送给单片机控制系统，最后经过LED显示温度。2.3系统的工作原理测温电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。2.4系统框图设计系统主要包括温度信号采集单元，单片机数据处理单元，温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样）、放大电路、A/D转换电路。系统的总结构框图如图2-1所示。图2-1系统的总结构框图电路设计3.1电源电路部分设计中采用桥式整流电路对220V交流电压进行降压与整流。其稳压整流电路如下:图3-1桥式整流电路3.2信号调理电路调理电路的作用是将来自于现场传感器的信号变换成前向通道中A/D转换器能识别的信号，作为本系统，由于温度传感器是热电阻PT100，因此调理电路完成的是怎样将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转换器接受的电压信号。3.3恒流源电路从上述关于PT100传感器测温原理可知，由PT100构成信号的获取电路常用的方法有2种，一种是构成的十分常见的电桥电路，当然，在本系统中，考虑成本的问题，一般采用单臂桥；还有一种是运用恒流源电路，将恒流源通过温度传感器，温度传感器两端的电压即反映温度的变化。根据测试技术的有关知识，采用单臂桥式的输出与电阻的阻值不是个正比的关系，因而数据处理起来特别麻烦，尤其是用单片机来处理这些非线性的问题；而采用恒流源式的由于恒流源的作用，使得电压输出与电阻成良好的线性关系，因此，该系统采用恒流源电路来获取温度信号。恒流源电路的设计，有用三极管构成的，有用专门的恒流管，也有用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的，本系统是采用价格低廉的运放为核心来构成的，恒流效果十分理想，系统设计的恒流源电路见下图3-2所示。上图中，由于运放虚地的结果，造成OP-07的反相输入端为0V，而图中1.5K电阻的下端由于运用精密的电压源LM336-2.5，外加调整电路，该点电压可调整为2.500V，而由于运放的输入阻抗极高，输入端可以认为不吸入电流，因此从1.5K电阻上流过的电流大小固定而且一定等于OP-07输出端流入温度传感器PT100的电流，从而达到恒流的效果，连接PT100两端的压差正好反映温度变化的信号送入后级的放大器。这里值得注意的是恒流效果的好坏与下面几个因素有关，图示1.5K电阻的精度及温度稳定性要好，我们采用的是高精度高稳定的电阻；还有是一定要选择输入阻抗高的运放，包括产生虚地处的运放（图中OP-07）和后级的放大器（图中的AD620），否则较大的输入电流也将直接影响恒流的效果；最后一点是参考电压（图中是7.5V）的稳定性要高，这里的参考电压采用是LM336-2.5V作为参考电压基准。3.4放大电路的设计放大器的选择好坏对提高测量精度也十分关键，根据查阅的相关资料，在放大器电路精选中，一般在首级放大器有低噪声、低输入偏置电流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三运放结构，如下图3-3所示，三运放中由A1、A2构成前级对称的同相、反相输入放大器，后级为差动放大器，在这个结构图中，要保证放大器高的性能，参数的对称性与一致性显得尤为重要，不仅包括外围的电阻元件R1与R2、R3与R4、R5与R6，还包括A1与A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器对器件要求相当高。随着微电子技术的发展，市场上出现了专用的高性能的仪用放大器，它的内部核心结构还是三运放，但是，采用微电子来解决刚才的参数匹配问题已不是什么复杂的问题。随着近年来微电子技术的发展，市面上出现了不少专用的高性能的芯片，AD620、AD623就是具有上述描述的三运放结构，在本设计中我们根据手中的元器件材料最终选择了AD620作为放大器电路的首级放大。

图3-3AD620放大器原理图AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10,000。此外，由于体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广等特点使AD620特别适宜应用到诸如传感器接口、心电图监测仪、精密电压电流转换等应用场合。AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低（最大电源电流仅1.3mA），因此非常适合电池供电的便携式（或远程）应用。AD620具有高精度（最大非线性度40ppm）、低失调电压（最大50µV）和低失调漂移（最大0.6µV/°C）特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合ECG和无创血压监测仪等医疗应用。%OUTPUTREFTOPVIEW图3-4AD620引脚图由于其输入级采用Super^e处理，因此可以实现最大1.0nA的低输入偏置电流。AD620

在1kHz时具有9nV/^Hz的低输入电压噪声，在0.1Hz至10Hz频带内的噪声为0.28gV峰峰值，输入电流噪声为0.1pA/*Hz，因而作为前置放大器使用效果很好。同时，AD620的0.01%建立时间为15四，非常适合多路复用应用；而且成本很低，足以实现每通道一个仪表放大器的设计。AD620的内部结构是由OP-07组成的三运放结构，性能大大优于自制的三运放IC电路设计，其基本接法是在1脚与8脚之间外接一RG电阻，增益由式G=1+49.4KQ/RG确定，由于它的外围电路十分简单，所以它在本系统中的应用见下图3-6所示。由于我们的温度测量范围是0〜100°C，而此时的温度传感器的电阻值根据分度表为100欧姆〜138.51欧姆，由于我们设计的恒流源为5/3毫安，因此AD620的输入端为166.7毫伏，假设考虑我们的TLC2543的最大输入为5.000V，我们设计的放大器的增益在尽量保证分辨率的条件下，则为20倍，假设我们只用一个AD620，则AD620的输出为2V〜5V（TLC只能转换5V），这样12位的A/D转换器的分辨率则大于题目的要求0.1C，因此，我们必须将100欧姆以下的值通过偏置的方法将其减掉，然后通过增加放大倍数来尽量提高分辨率，这里我们设计的偏置电路同样见下图3-5所示。这里设计的首级放大器的倍数是20倍，而后级放大则为4倍，合计的放大倍数为80倍，这样就完全满足设计分辨率的要求。R7传感器信号的输入-12V放器偏置电务A0R7传感器信号的输入-12V放器偏置电务A0图3-5放大电路Op-07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25gV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移：150|1V最大。低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5四V/C。

OffsetM1InvertngInputNon-inverthgInputV*一2OffsetM1InvertngInputNon-inverthgInputV*一23S755Vcc+OutputN.C.图3-6Op-07管脚图Op-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡（调零端），2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+ABSOLUTEMAXIMUMRATINGS最大额定值。5温度变送器的A/D转换器的选择与设计电路在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量，通常需要用计算机对这些信号进行处理，则需要将其转换成数字量，A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。在该设计系统中，为了将模拟量温度转换成数字量，采用德州仪器公司生产的TLC2543,TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。逐次逼近型A/D转换器由D/A转换环节，比较环节和控制逻辑等几部分组成。逐次逼近型其转换原理为：A/D转换器将一待转换的模拟输入电压Ui与一个预先设定的电压Ui（预定的电压由逐次逼近型A/D转换器中的D/A输出获得）电压相比较，根据预设的电压Ui是大于还是小于待转换成的模拟输入电压Uin来决定当前转换的数字量是“0”还是“1”，据此逐位比较，以便使转换结果（相应的数字量）逐渐与模拟输入电压相对应的数字量接近。TLC2543与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS（片选）、输入/输出时钟（I/OCLOCK）以及串行数据输入端（DATAINPUT。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样一保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。TLC2543的特点（1） 12位分辩率A/D转换器；（2） 在工作温度范围内10以转换时间；（3） 11个模拟输入通道；（4） 3路内置自测试方式；（5） 采样率为66kbps；

线性误差±1LSBmax；有转换结束输出EOC；具有单、双极性输出；可编程的MSB或LSB前导；可编程输出数据长度。3、TLC2543的主要特性TLC2543的引脚排列如图3-7所示。1—~51—~56—8910-A0VCC-A1EOC-A2CLOK-A3DI-A4DO-A5/CS-A6R+-A7R--A8A10GNDA920皿181716171?E11TLC2543图3-7TLC2543的引脚图TLC2543图3-7TLC2543的引脚图表3-1TLC2543的引脚说明引脚号名称I/O说明1〜9,11,12AIN0〜AIN10I模拟量输入端。11路输入信号由内部多路器选通。对于4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Q，而且用60pF电容来限制模拟输入电压的斜率15I片选瑞。在U3瑞由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/OCLOCK17DATAINPUTI串行数据输入瑞。由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道16DATAOUTOA/D转换结果的三态串行输出端。饵为高时处于高阻抗状态，邙为低时处于激活状态19EOCO转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止10GND地。GND是内部电路的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对GND而言18I/OCLOCKI输入/输出时钟端。I/OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能：（1）在I/OCLOCK的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到I/OCLOCK的最后一个下降沿为止。（3）将前一次转换数据的其余11位输出到DATAOUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据开始变化。（4）I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位14REF+I正基准电压端。基准电压的正端（通常为Vcc）被加到REF+，最大的输入电压范围由加于本端与REF-端的电压差决定13REF-I负基准电压端。基准电压的低端（通常为地）被加到REF-20Vcc电源TLC2543与单片机的连接如图3-8所示。图3-8TLC2543电路TLC2543每次转换和数据传送使用16个时钟周期，且在每次传送周期之间插入CS的时序。

根据TLC2543时序图可以看出，在TLC2543的CS变低时开始转换和传送过程,I/OCLOCK的前8个上升沿将8个输入数据位键入输入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的其余11位移出DATAOUT端，在I/OCLOCK下降沿时数据变化。当CS为高时，I/OCLOCK和DATAINPUT被禁止，DATAOUT为高阻态。3.6单片机控制电路AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。40个引脚，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。iT2)P10匚iT2)P10匚(T2EX)P1.1匚P1.2CF13CF1.4CP1$匚P1.6DP1.7CRSTC(RXD)P3.odiTXD)P3.1匚tlNTO)P3.2C-INTI-P3.3C(TO)P3.4□iT1：＞P3.5UtWR)P3.6□iRDiP37EXTAL2CXTAL1匚GNDC140239338437563573483393210311130122913院1427152616251724182319222021VCCPO.O(ADO)POJiAD1iJP0.2iAD2：iJPO3'：AD3jP0.4iAD4iP0.SMD5)Pox(AD6)P07MD7：iEAVPP.ALE；PROGPSENP2,7jA1AP2.6i.AU：-P2.5iA13：»P2.4(A12：«P2JM9：'AT89S5!图3-9AT89S51引脚图主要性能特点1、 4kBytesFlash片内程序存储器；2、 128bytes的随机存取数据存储器（RAM）；

3、 32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、 5个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、 6个中断源；6、 2个16位可编程定时器/计数器；7、 2个全双工串行通信口；8、 看门狗（WDT）电路；9、 片内振荡器和时钟电路；10、 与MCS-51兼容；11、 全静态工作：0Hz-33MHz；12、 三级程序存储器保密锁定；13、 可编程串行通道；14、 低功耗的闲置和掉电模式。AT89S51单片机作为主控电路，其中P1口为A/D转换器的通信端口，P0口接数码管的段码，P2口接数码管的片选端，用于对数码管进行片选。如图3-10所示。VCCpi.o/rVccpi.i/tPl.2PO.OPl.3P0.1pi.4pi.o/rVccpi.i/tPl.2PO.OPl.3P0.1pi.4P0.2Pl.3P0.3Pl.6P0.4Pl7.-_PO5A姬商/VPDPU.OP0.7P3.0/RXDeSvppP3.1/IXDP3.2^NT0ALE^ROGP3：3j'5hTP3.4/WP3MP2.7P3.6屉菠P2.6P3.漏P2.5MAL2P2.4P2.3灯国P2.2GridP2.1P2.0AT89S513028： vccT图3-10单片机控制电路4.铂电阻温度变送器的实现电路图4-一4-±j-1l___!_=1-<ttffehfIsPl0■!wcPll.-IPOjOP12P01F13F02P1.+POJP1JP0.+Pl.i；P0.5Pl.7P0>gLTD_P0.7PiJO.'EXD函VPPP31.-IXDMJl-PWGP32.-HTTPiwPiJ.'HiTP2.7P3.+jI0P2.JPJJP2.+P3.7.-fTTP23XIAL2KJximP21G皿…5PMIMl£11oii(rg+1JVGBDLLI7C1?CIOHS•况-1JV皿—LLF912CI 1000[F~T~qjifLMHO也I--lOOO^Yoi^ E±JIE<一±-±-4一-4『33-葛一-4一5.设计的精度分析表5-1电路数据测量表温度(°C)铂电阻的阻值(Q)电压计算值(V)电压实测值(V)绝对误差(V)010000.0010.00110103.90.5920.6100.00520107.791.1611.1840.00930111.671.7071.7350.01040115.542.2322.2620.01250119.402.7382.7740.01660123.243.2233.2670.01770127.073.6913.7410.01480130.894.1424.1970.02190134.704.5774.6390.025100138.505.0005.0680.022利用以上所测得的数据可计算出变送器的精度，起计算公式如下：/1=±—xlOO%(5-1)式中A表示变送器的精度，U表示基本误差，可理解为变送器的不确定度，在数值上取11个绝对值中的最大值。Yfs为满量程输出时的数值，约为5伏。根据(5-1)式，代入相应值有：A=±(0.025/5x100%)=±0.5% (5-2)由上述可知，本设计的精度可达0.5级。结论及尚存在的问题该温度变送器的设计，是采用PT100温度传感器经过放大和A/D转换器送到单片机进行控制温度显示。经过多次的修改和调试测量，该设计基本符合设计要求。通过这次温度变送器的设计，我对温度测量控制有了进一步的熟悉和更深入的学习。在整个设计的过程中，该设计的重点和难点是：怎样将PT100热电阻的非电量信号转换为单片机单片机能识别的电量信号，其中的信号如何放大及放大倍数的确定等等。这次毕业设计历时四个多月，从一开始的课题确定，到后来的资料查找、理论学习，再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我的理论知识和动手能力进一步得到提升。在实验测量中仍存在一些问题，来自电路内部和外部的各种干扰，受到系统结构设计、元件选择、安装、制造工艺影响。由于在电路焊接过程中，出现了一些虚焊，严重影响变送器的调试，经过多次电路检查，基本上合乎了设计的要求，实现了整个系统设计与最后调试，相关指标达到预期的要求，很好地完成了本次设计任务。由于受个人所掌握的知识和实验室条件有限，所以该设计还存在很多可以提高的地方，不能满足实际生活中的多用户情况，这些方面需进一步深入研究，在以后的设计中得以改进！致谢历时将近四个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其是杨波老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进，从设计的选题到设计任务书，开题报告，论文的完成一直都关心督促毕业设计进程和进度。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。参考文献：［I］ 郑建国，一种高精度的铂电阻温度测量方案，自动化仪表，1997,(8)；⑵林金全编著，自动检测控技术，化学工业出版报社，2003年；［3］ 赵负图编著，现代传感器集成电路，电子工业出版社，2000年；［4］ 马家辰.MCS-51单片机原理及其接口技术［M］，哈尔滨工业大学出版社，1997；［5］ 周航慈.单片机应用程序设计［M］，北京航空航天大学出版社，1991年8版；［6］ 赵学增编著.检测与传感技术.哈尔滨工业大学出版社，1998，(10)：20；［7］ 李建民.单片机在温度控制系统中的应用［M］，江汉大学学报，1996年6版；［8］ 方平生编著，线性集成电路应用指南，电子工业出版社，1994年；［9］ 曹素芬编著，MCS-51系列单片微型计算机原理与接口技术，东北大学出版社，1994年；［10］ 吕俊芳编著，传感器接口与检测仪器电路，北京航空航天大学出版社，1993年；［II］ 胡汉才编著，单片机原理及其接口技术，清华大学出版社，1996年；［12］ 杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用［M］，西安电子科技大学出版社，2001年12版；［13］ 刘坤.51单片机C语言应用开发技术大全［M］，人民邮电出版社，2008年9版；［14］ LeonardShermanofMaxinm，CMOSAmplifiersfor±15VSystems.ElectronicEngineering，February，1987年；［15］ RoydnD.JonesHybridCirauitDesignandManufacture，MARCELDEKKERINC，1982年。

附录1铂电阻分度表附表1-1Pt100铂电阻分度表（-200到650）单位：Q温度(°C)电阻值（欧姆）0123456789-20017.28—————————-19021.6521.2120.7820.3419.9119.4719.0318.5918.1617.72-18025.9825.5525.1224.6924.2523.8223.3922.9522.5222.08-17030.2929.8629.4329.0028.5728.1127.7127.2826.8526.12-16034.5634.1333.7133.2332.8532.4332.0031.5731.1430.71-15038.8038.3837.9537.5337.1136.6836.2635.8335.4131.93-14043.0242.6042.1841.7641.3340.9140.4940.0739.6539.22-13047.2146.7946.3745.9545.5345.1244.7044.2843.8543.44-12051.3850.9650.5450.1349.7149.2948.8848.4648.0447.63-11055.5255.1154.6954.2353.8753.4553.0452.6252.2151.79-10059.6559.2358.8258.4158.0057.5957.1756.7656.3555.93-9063.7563.3462.9362.5362.1161.7061.2960.8860.4760.06-8067.8467.4367.0266.6166.2165.8065.3964.9864.5764.16-7071.9171.5071.1070.6970.2869.8869.4769.0668.6568.25-6075.9675.5675.1574.7574.3173.9173.5373.1372.7272.32-5080.0079.6079.2078.7978.3977.9977.5877.1876.7776.37-4084.0383.6383.2282.8282.4282.0281.6281.2180.8180.44-3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8384.43-2092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.44-1096.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.44-0100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6397.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.6710103.96104.36104.75105.15105.54105.91106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.43120.87121.26121.65122.01122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72137.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8690135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.33138.72

100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.84150.22130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03140154.41154.79155.17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83150158.21158.59158.97159.35159.73160.11160.49160.86161.24161.62160162.00162.38162.76163.13163.51163.89164.27164.64165.02165.40170165.78166.15166.53166.91167.28167.66168.03168.41168.79169.16180169.54169.91170.29170.67171.04171.42171.79172.17172.54172.92190173.29173.67174.04174.41174.79175.16175.54175.91176.28176.66200177.03177.40177.78178.15178.52178.90179.27179.64180.02180.39210180.76181.13181.51181.88182.25182.62182.99183.36183.74184.11220184.48184.85185.22185.59185.96186.33186.70187.07187.44187.81230188.18188.55188.92189.29189.66190.03190.40190.77191.14191.51240191.88192.24192.61192.98193.35193.72194.09194.45194.82195.19250195.56195.92196.29196.66197.03197.39197.76198.13198.50198.86260199.23199.59199.96200.33200.69201.06201.42201.79202.16202.52270202.89203.25203.62203.93204.35204.71205.08205.41205.80206.17280206.53206.90207.26207.63207.99208.35208.72209.03209.44209.81290210.17210.53210.89211.25211.62211.98212.34212.71213.07213.43300213.79214.15214.51214.88215.21215.60215.96216.32216.68217.04310217.40217.76218.12218.49218.85219.21219.57219.93220.29220.64320221.00221.36221.72222.08222.44222.80223.16223.52223.88224.23330224.59224.95225.31225.67226.02226.38226.74227.10227.45227.81340228.17228.53228.88229.24229.60229.95230.31230.67231.02231.38350231.73232.09232.45232.80233.16233.51233.87234.22234.58234.93360235.29235.64236.00236.35236.71237.06237.41237.77238.12238.48370238.83239.18239.54239.89240.24240.60240.95241.30241.65242.01380242.36242.71243.06243.42243.77244.12244.47244.82245.17245.53390245.88246.23246.58246.93247.28247.63247.98248.33248.68249.03400249.38249.73250.08250.43250.78251.13251.48251.83252.18252.53410252.88253.23253.56253.92254.27254.62254.97255.32255.67256.01420256.36256.7125