pt100温度传感器.docx

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pt100温度传感器

Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，负200度时为18.52欧姆，200度时为175.86欧姆，800度时为375.70欧姆。

热电阻公式都是Rt=Ro（1+A*t+B*t*t）;Rt=Ro[1+A*t+B*t*t+C（t-100）*t*t*t]的形式，t表示摄氏温度，Ro是零摄氏度时的电阻值，A、B、C都是规定的系数，对于Pt100,Ro就等于100，

PT100分度表

Pt100温度传感器的主要技术参数如下：

测量范围：

-200℃～+850℃；允许

差值△℃：

A级±（0.15＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：

热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。

另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

看到了？

电流不能大于5mA，而电阻是随温度变化的，所以电压也要注意。

为了提高温度测量的准确性，应使用1V电桥电源、A/D转换器的5V参考电源要稳定在1mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器、A/D转换器和运放的线性度要高。

同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在±0.2℃。

Pt100温度传感器的使用，Pt100温度传感器是一个模拟信号，它在实际应用中有二种形式：

一种是不需要显示的主要采集到plc，这样的话在使用的时候就是只需要一块pt100的集成电路，要注意的是这个集成电路采集的不是电流信号是电阻值，pt100的集成电路（需要一个＋－12VDC电源提供工作电压）直接把采集到的电阻变为1-5VDC输入到plc，经过简单的+-*/计算就可以得到相应的温度值．（这样的形式可以同时采集多路），还有一种就是单独的一个pt100温度传感器（工作电源是24VDC），产生一个4-20MA的电流，然后再通过一个4-20MA电流电路板把4-20MA的电流变为1-5V电压，这个不一样的就是可以窜连一个电磁指示仪表，其他的基本一样就不作详细说明了． 

附pt100温度传感器产品说明：

Pt100温度传感器产品规格:

Pt100/Pt1000测量温度范围 -50℃~450℃　Pt100，Pt1000薄膜铂热电阻元件, 

标准安装螺纹 M8X1， M10X1, 1/2”, 3/4” , M27X2 任选 探头保护管直径 Φ4， Φ5， Φ6 

应用范围 

* 轴瓦，缸体，油管，水管，汽管，纺机，空调，热水器等狭小空间工业设备测温和控制。

* 汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机，烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等。

* 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 

Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器

是一种以铂（Pt）作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其

电阻和温度变化的关系式如下：

R=Ro（1+αT）

Pt100温度传感器的主要技术参数如下：

测量范围：

-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：

A级±（0.15

＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间

电流≤5mA。

另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性

好、准确度高、耐高压等优点。

PT100温度传感器三根芯线的接法

PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C

（或黑、红、黄）来代表三根线,三根线之间有如下规律：

A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右,

B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别.

仪表上接传感器的固定端子有三个：

A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪

表上的另外两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得

接上，。

如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相

同。

热电阻的3线和4线接法：

是采用2线、3线、4线，主要由使（选）用的二次仪表来决定。

一般显示仪表提供三线接法，PT100一端出一颗线，另一

端出两颗线，都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。

一般PLC为四线，每端出两颗线，两颗接PLC输出恒流源，

PLC通过另两颗测量PT100上的电压，也是为了抵消导线

电阻，四线精确度最高，三线也可以，两线最低，具体用

法要考虑精度要求和成本

PT100温度传感器

产品特征

1、不锈钢套管封装，经久耐用

2、活动螺丝固定，使用方便

3、按照国际IEC751国际标准制造，即插即用

4、多种探头尺寸可选、适应面广

5、高精度、高稳定、高灵敏

6、外形小巧，经济实用

产品货期：

现货供应，特大批量请提前通知。

特性指标

●测温范围:

-200-400℃

●探头长度:

5cm/10cm/15cm/20cm

●探头直径:

Φ5mm

●电阻变化:

0.3851Ω/℃

●安装方式:

活动螺丝固定

●螺丝规格:

M8*1.0

●引线长度:

一般2米，可订制长度（专用引线）

●引线接法:

三线式

●接线方式:

接线叉

●套管材质:

不锈钢

●传感器件:

PT（铂）

PT100温度传感器采用三线式接法的原因：

PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下：

PT100引出的三根导线截面积和长度均相同（即r1=r2=r3），测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻（Rpt100）作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根（r1）接到电桥的电源端，其余两根（r2、r3）分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。

此温度传感器为通用型产品，即插即用，用户在选型时只需要讲明探头的长度。

PT100原理及分度表

电阻式温度传感器（RTD,ResistanceTemperatureDetector）－一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。

大部分电阻式温度传感器是以金属作成的,其中以铂（Pt）作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。

PT100温度传感器是一种以铂（Pt）作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：

R=Ro（1+αT）　

其中α=0.00392,Ro为100Ω（在0℃的电阻值）,T为摄氏温度，因此白金作成的电阻式温度传感器，又称为PT100

产品特性：

通常使用的铂电阻温度传感器有PT100，电阻温度系数为3.9×10－3／℃，0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，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。

按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（R0=100Ω）、Pt1000（R0=1000Ω）为统一设计型铂电阻。

传感器的结构：

两线制：

传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。

三线制：

要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。

采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。

四线制：

当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值

在桥式电路中，为了减小热电阻阻值随温度变化对支路电流的影响并限制流过热电阻的电流，组成电桥的两个支路的上电阻通常取热电阻阻值的几十倍，其值达到 10-50K（和桥路供电电压有关），下电阻一般和热电阻某温度下阻值相同。

测量时取两者的电位差。

虽然如此，热电阻阻值随温度变化对支路电流的影响还是会造成输出的非线性，通常需要做一定补偿。

　　如果直接测量阻值，应该采用恒流源给热电阻供电，热电阻阻值变化时支路电流保持恒定，热电阻压降为线性较好的温度函数。

　　放大前应该做滤波处理或者在放大电路中加积分元件。

Ø         怎样判断pt100的好坏,用万用表能测量么?

根据分度表参照当时温度看阻值是否相符 

Ø         通常情况下是这样的，将一个基准电压加在pt100回路上，测量pt100上的电压信号（mv），阻值变化是电压信号自然也变化，再经过运放放大后进入A/D芯片进行A/D转换，经过程序再将电压信号换算成电阻值，采用查表方式（将电阻值和相对应的温度值做成表格放到芯片rom中）的到温度值。

Ø         一般短距离选用二线制接法，中距离选用三线制接法，要求精度高、近距离选用四线制接法。

三线制比两线制的好处是可以补偿线路电阻的偏差，和抗干扰不是一个概念。

三种各自的优缺点有许多说法，不一而足  二线制不能消除导线电阻的影响。

四线制可以消除导线电阻的影响。

四线制的PT100有两根线是用于测量的,另两根是用于补偿的,四线制的PT100有两根线（热电阻两端各一根）是提供电流的，另两根是采集电压的。

具体用哪种电路应该根据系统要求决定，如果精度要求一般，采用三线是经济、稳定、实用的选择

Ø         输入（3根线）、输出、电源三隔离为四线制，设备在控制室；输入（3根线）、输出、电源三不隔离为三线制，设备在控制室或传感器内；输入（3根线）、（输出、电源共用2根线）三不隔离为二线制，设备在传感器内、为一体化

Ø         由于微处理器的发展，可对Pt100的非线性进行校正，因此Pt100传感器大都采用四线制测量法（非桥路法），其测量原理

Pt100传感器四线制测量电路

Pt100两端电压U1=ISRt。

IS为恒流，Rt为Pt100阻值。

引线L1、L2存在电阻会影响测量结果，为此，将L1、L2端口处信号输入高输入电阻抗（＞1012Ω），差分放大，这样L1、L2中电流≈0，L1、L2电阻可忽略不计，所以有Ui=U1。

这也消除了引线电阻。

Ø         模拟热电偶测试

      最准的校法就是用电阻箱了，多路也只有一个一个慢慢来。

热电偶用毫伏计   模拟输出校二次表，毫伏计同样可以测量热电偶。

这些都不难，难的是建立一个标准的恒定的温场。

Ø         电压和温度的关系一般是非线性的，对于8位单片机还是查表法好

引言

PT100是一种广泛应用的测温元件,在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。

由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以本模块需要进行非线性校正,一般的模块采用模拟电路校正,这种校正的精度不高,而且温漂等受干扰的程度也比较大。

本模块采用了软件查表插值的方法进行校正,最后转换成III型信号。

III型信号是当被测信号从下量程到上量程（0%~100%）变化时,输出线上对应4－20mA电流的变化。

此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口,可以直接和任何MODBUS口连接。

图1采样电路

图2主机电路

图3D/A电路

系统设计

整个模块基于AVR新型的Atmega16单片机,采用三线制形式,这样可以去除导线电阻带来的零点不准确,经过差分放大电路直接得到0~5V的信号电压,这样就可以直接输入到A/D转换器。

数据处理部分,将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到闪存中,这样,将得到电压值回算到电阻值,这样进行查表,当电阻位于某一段之间时,再进行线性处理,这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。

D/A转换系统采用373芯片作为锁存器,采用权电阻网络进行D/A转换,这样可以节省成本,而且精度也可以得到保证。

最后再经过一个电压电流转换部分,把信号以III型信号传送出去,完成模块的功能。

图4V/I转换电路

图5485通讯电路

采样电路

采样电路如图1所示,PT100以三线制接到J0,这样连接PT100的两侧的导线长度相等,而且分别加在两侧的桥臂上,这样导线电阻得以消除,当PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值,以调整温度下限,当温度范围是0~300℃时,电桥电压经过放大后,Anolog0的电压正好是0~5V,这样可以完整使用单片机的A/D转换器的转换精度。

主机电路

主机电路如图2。

CPU采用Atmega16,它自带8路10位A/D转换器,转换速度快,精度高,而且不需要外扩任何器件。

74LS138用来译码,分别选通各路的锁存器。

采用8MHz的晶振,速度完全可以满足系统的要求。

A/D转换的参考电压直接是VCC,这可节省硬件,简化电路,在对精度要求较高的情况下可以选择精密稳压器件,如TL431。

D/A转换电路

为了节省成本,本系统没有采用专用D/A转换芯片,而是运用D/A转换的原理,利用权电阻网络进行D/A转换器,这样精度可以保证,而且速度比较快,CPU控制也是比较简单的。

电路如图3所示。

74lS373锁存器,锁存CPU每次更新的数据,OE引脚接138芯片的片选信号,LE下降沿时数据锁存。

V/I转换电路

V/I转换电路如图4所示,它将A/D转换后得到的电压信号,转换成4-20mAIII型信号输出。

I=V/R3。

RS-485通讯电路

通讯芯片选用MAX485芯片,将收允许和发允许接在一起（见图5）,用一个口线进行控制,正常情况下,收允许,在需要发送的时候,设为发允许。

图6软件流程

软件设计

软件设计是本系统的关键,也是与众不同的地方。

一般的铂电阻转III型信号的模块都是采用模拟电路,没有软件部分。

本系统采用数字化线性校正将大大提高模块的精度。

软件流程见图6。

软件分主程序,中断服务子程序,所有程序均由C语言编写。

程序在ICCAVR6.30调试。

结语

基于单片机的PT100－III型信号转换模块具有精度高、可数字通讯、可升级等优点。

本模块已经用于多个火力发电厂烟气温度检测,其中采用III型信号和数字通讯的都有,均取得了良好的效果。