传感器课程设计基于labview的pt100温度测量系统Word格式.docx

1、目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵，二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题，而且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围为0100，测量的分辨率为0.1，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，该传感器的测温围从200650。具体在0100的分度特性表见附录A所示。第二节 方案论证温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。 方案一：采用模拟分立元件 如电容、电感或晶体管等非线形元件，该方案设计电路简单易懂，操作简单，

2、且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。 方案二：采用温度传感器 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，通过labview显示。 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，测量围为-200650，完全满足要求，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、AD620作为信号放大器，TLC2543作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大围、高精度的特点。相对与方案一，在功能、性能、可操作性等方面都

3、有较大的提升。在这里我选用方案二完成本次设计。第三节 系统的工作原理测温的模拟电路是把当前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虚拟仪器实验室的PCI-6251数据采集卡,再通过虚拟仪器把当前的电压值转变成温度第四节 系统框图本设计系统主要包括温度信号采集单元，数据处理单元，时间、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。系统的总结构框图所示。第二章 硬件设计第一节 PT100传感器特性和测温原理电阻式温度传感器（RTD, Resistance Temperature Detector）是指一种物

4、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,其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：在0650围：Rt =R0 （1+At+Bt2）在-2000围：Rt =R0 （1+At+Bt2+C（t-100）t3）式中A、B、C 为常数，A=3.9684710-3；B=-5.84710-7；C=-4.2210-12；由于它的电阻温度关系的线性度非常好，因此在测量较小围其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro（1+T） 其中=0.00392, Ro为100（在0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P

5、T100。PT100温度传感器的测量围广：-200+650，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，本设计即采用PT100作为温度传感器。主要技术指标：1. 测温围：-200650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。采用Pt100 测量温度一般有两种方案：方案一：设计一个恒流源通过Pt100 热电阻，通过检测Pt100 上电压的变化来换算出温度。方案二

6、：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt100 热电阻，当Pt100电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。两种方案的区别只在于信号获取电路的不同，其原理上基本一致。第二节 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。第三节 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

7、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。上述两种电路的结构形式见图2-1所示。A图单臂桥式 B图恒流源式图2-1 两种信号获取的结构电路硬件电路如图所示图2-2 硬件电路图第四节 TL431主要参数简介TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。其封装形式与塑封三极管9013等相同，如图a所示。同类产品还有图b所示的双直插外形的。三端可调分流基准源 可编程输出电压:2.5V36V 电压参考误差：0.4% ，典型值25（TL431B） 低动态输出阻抗:0.22（典型值） 等效全围温度

8、系数：50 ppm/（典型值） 温度补偿操作全额定工作温度围 稳压值送从2.5-36V连续可调， 参考电压原误差+-1.0%， 低动态输出电阻， 典型值为0.22欧姆， 输出电流1.0-100毫安。全温度围温度特性平坦， 典型值为50ppm， 低输出电压噪声。封装：TO-92,PDIP-8,Micro-8，SOIC-8,SOT-23 最大输入电压为37V 最大工作电流150mA 基准电压为2.5V 输出电压围为2.536V 替换型号及应用领域:ZTL431AH6TA ZTL431ASE5TA ZTL431BH6TA ZTL431BZTA ZTL431BCSTZ ZTL431BE5TA UTCT

9、L431L ZTL431BFFTA 应用领域:： 电平值转换 部结构 图cTL431的具体功能可以用图c的功能模块示意。由图可以看到，VI是一个部的2.5V的基准源，接在运放的反向输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同向端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图1的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际部结构，但可用于分析理解电路。第三章 软件设计软件设计部分在labview上完成，前面板如图所示，对温度进行实时采集图3-1 采集显示前面板Vi子程序部分图3-2 Vi程序结 论 本温度测

10、量系统设计，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和时间显示。另外本系统还可以通过外接电路扩展实现温度报警功能，从而更好的实现温度现场的实时控制。经过多次的修改和调试测量，本设计基本符合设计要求，由于受人为因素和软硬件的限制，系统难免不了带来一些误差，但通过调节和精确计算可以减小误差。 通过本次温度测量系统的设计，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，本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。在画原理图、电路仿真和调试过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静，联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了时候可以请教同学或指导老师。虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，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。通过本次毕业设计，我了解并掌握了一些传感器和labview的基本理论知识。参考文献1 侯国屏，王坤，叶齐鑫。Labview7.1编程与虚拟仪器设计，清华大学2 帆，吴晗平传感检测技术及应用M，化工