温度变换器中文资料Word下载.docx
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∙3线连接依赖于所有3导线具有同等的阻力。
∙自供暖：
由PRT元件的加热，由于施加的功率所产生的错误。
∙时间响应：
误差是在温度瞬变产生的，因为PRT不能响应改变速度不够快。
∙热电动势：
热电动势错误是由电磁场添加到或从所施加的感应电压，主要是在直流系统中减去产生的。
热电阻与热电偶
工业测量温度的两种最常见的方法是用电阻温度检测器（RTD）和热电偶。
它们之间的选择通常是由四个因素决定的。
∙温度：
如果过程温度-200〜500℃（-328.0至932°
F）之间，工业热电阻是较好的选择热电偶有2,320℃（-292.0到4,210°
F）的范围为-180，[
15
]因此对于温度高于500°
C（932°
F），他们是唯一接触式温度测量装置。
∙响应时间：
如果该过程需要一个非常快的响应于温度变化的组分的第二相，以秒（如2.5到10秒），然后将热电偶是最好的选择。
时间响应由浸入传感器在水中1米/秒（3英尺/秒），与63.2％的阶跃变化动态测量。
∙尺寸：
标准热电阻护套直径3.175至6.35毫米（0.1250至0.250英寸）;
鞘直径的热电偶可以是小于1.6毫米（0.063英寸）。
∙准确度和稳定性的要求：
如果以2℃的容差是可接受的，并且不需要重复的最高水平，热电偶，将效力。
RTD的是具有更高的准确性和可保持稳定了许多年，而热电偶可以在最初的几个小时的使用时间内漂移。
接线配置
两线配置
最简单的电阻温度计配置使用两条线。
当不需要高的精度，因为连接导线的电阻被添加到该传感器的，从而导致测量误差。
这种配置允许使用100米的电缆。
这同样适用于平衡电桥和固定桥系统。
三线配置
为了尽量减少导线电阻的影响，可以用一个三线配置。
使用这种方法的两个引线到传感器上邻接的桥臂。
有一个在桥的每个臂的引线电阻，使得阻力抵消，所以只要两个引线电阻是准确相同的。
这种配置允许高达600米的电缆。
四线配置
四线电阻温度计配置增加被测电阻的精度和可靠性：
阻值误差是由于导线电阻为零。
在上面的图中一个标准的二端RTD与另一条电线用于形成一个附加回路,抵消了引线电阻。
上述惠斯登电桥的方法使用多一点的铜线，而不是一个完美的解决方案。
下面是一个更好的配置，四线
Kelvin连接。
它提供了全面取消寄生效应，高达15Ω电缆电阻可以处理。
热电阻对比热电偶
在某些情况下，相比热电偶，热电阻温度计的构造中的形式，提供更高的稳定性，精确性和可重复性。
而热电偶使用塞贝克效应，产生一个电压，电阻温度计利用电阻和需要电源来操作。
电阻变化的理想几乎呈线性温度每卡伦德范-杜森方程。
引线电阻也可能是误差的因素，采用三线和四线，而不是两线，连接可以消除连接导致的测量电阻的影响；
三线连接足以满足大多数用途，几乎是普遍的工业标准。
四线连接用于最精确的应用。
热电阻的分类
所有的铂电阻温度计中精度最高的是标准铂电阻温度计（SPRT）。
这个精度在耐用性和成本为代价来实现。
该SPRT的元素从基准级铂丝缠绕。
内部引线通常由铂金制成，而内部支撑用石英或保险丝二氧化硅制成。
笔杆通常由石英制成，或有时因科镍合金取决于温度范围。
较大直径的铂丝的情况下，这导致了在低电阻的成本和效果的探针（通常为25.5欧姆）。
SPRT的具有很宽的温度范围（-200℃至1000℃）及约精确到±
0.001°
C的温度范围内。
SPRT的是只适用于实验室使用。
实验室省级重建队的另一种分类是二级标准铂电阻温度计（中级SPRT）。
它们的构造类似的SPRT，但这些材料具有更高的成本效益。
SPRT的通常使用的参考级，高纯度较小直径的铂丝，金属护套和陶瓷悬式绝缘子。
内部引线通常是镍基合金。
次级SPRT的是在温度范围（-200℃至500℃）限制，并为约精确到±
0.03°
工业铂电阻温度计的设计能够承受工业环境。
它们几乎可以作为耐用的热电偶。
根据应用的工业铂电阻温度计可以使用薄膜元件或线圈缠绕的元件。
内部引线的范围可以从PTFE绝缘绞合镀镍铜银线，这取决于传感器的尺寸和应用。
护套材料通常是不锈钢;
较高温度的应用可能会要求铬镍铁合金。
用于特殊应用的其他材料。
温度依赖性
接近室温下，金属的电阻率通常随着温度的升高，而半导体的电阻率通常随温度增加。
绝缘体和电解质的电阻率可以增加或减少取决于系统。
对于详细的行为和说明，请参阅电阻率和电导率。
因此，导线，电阻器和其它部件的电阻通常随温度变化。
这种效果是不希望遇到的，它会使电子电路在极端的温度产生误动作。
但是，在某些情况下，这效果是很好使用的。
当一个部件的电阻随温度而变，并能被利用，这些元件被称为电阻温度计或热敏电阻。
（电阻温度计是由金属制成，通常是铂，而热敏电阻是由陶瓷或聚合物。
）
热电阻和热敏电阻通常用于在两个方面。
首先，它们可以用作温度计：
通过测量电阻，进行环境温度的推断。
第二，它们可以配合使用焦耳加热（也称为自热）：
如果一个大的电流流过电阻器，电阻器的温度上升，因而其电阻值的变化运行。
因此，这些组件可以以类似于电路保护作用，可以用作熔丝，或用于反馈的电路中，或者用于许多其它目的。
在一般情况下，自加热可以把电阻变成非线性和磁滞电路元件。
欲了解更多详情，请参阅热敏电阻＃自热效应。
如果温度T不会变化太多，一个线性近似通常用于：
其中
被称为电阻温度系数，
是一个固定的基准温度（通常为室温），并且
是在温度的电阻
该参数
是从拟合测量数据的经验参数。
因为线性逼近只是一个近似值，
对于不同的参考温度不同。
出于这个原因，通常将指定的温度
测量在带后缀，例如
，与的关系只保持在一个范围内围绕基准温度。
温度系数
通常是3×
10
-3
Ķ
-1至6×
-1为接近室温的温度的金属。
它通常是负面的半导体和绝缘体，具有高度变化的幅度。
数字温度计的温度探测器
电压表通常允许温度探头的连接,允许他们接触表面温度的测量。
传感器通常是一个热敏电阻,热电偶,或随温度而变的电阻器,通常由铂;
探头和仪器使用它必须设计协同工作。
INTELMCS-51
英特尔的MCS-51（通常被称为8051）是哈佛架构，CISC
指令集，单芯片微控制器通过该技术被开发（μC）系列英特尔于1980年在使用嵌入式系统。
[
1
]英特尔的原始版本中很受欢迎20世纪80年代和90年代初期和增强的二进制兼容的衍生产品仍然在今天流行。
英特尔原装的MCS-51系列采用开发的NMOS技术，但后来的版本，确定在他们的名字一个字母C（如80C51）使用CMOS技术和消耗比他们的前辈的NMOS功率少。
这使他们更适合于电池供电的设备。
该成员组是在1996年继续增强8位的MCS-151和8/
16
/
32位的MCS-251系列的二进制兼容的微控制器。
2
]虽然英特尔不再生产的MCS-51，MCS-151和MCS-251系列，增强了二进制兼容众多厂商衍生品仍然流行的今天。
一些衍生物整合一个数字信号处理器（DSP）。
除了这些物理设备，一些公司还提供MCS-51的衍生物作为IP核的使用的FPGA或ASIC的设计。
重要特性和应用
i8051微架构。
8051架构提供了许多功能（CPU，RAM，ROM，I/O，中断逻辑，定时器在一个单一的，等等）包
∙8-
位
ALU和累加器的8位寄存器（一个16位寄存器有特殊移动指令），8位数据总线和2×
16位的地址总线
程序计数器
数据指针和相关8/11/16-bit操作的，因此它主要是一个8位的
微控制器
∙布尔处理器，拥有17条指令，1位累加器，32个寄存器（4位寻址的8位）和高达144特1位寻址RAM变量（18位寻址的8位）[
3
]
∙乘，除法和比较指令
∙4快速切换寄存器组有8个寄存器每个（内存映射）
∙具有可选的寄存器组切换快速中断
∙中断和线程与选择的优先[
4
∙双16位地址总线
-它可以访问2×
16内存位置-64
KB（65536个）每个RAM和ROM
∙128
字节的片内RAM（IRAM）
∙4
KB增入的片上ROM，带有一个16位（64KB增入）的地址空间（PMEM）。
未列入803X变种
∙4个8-
位双向输入/输出端口
∙UART（串口）
∙2个16位计数器/
定时器
∙省电模式（在某些衍生工具）
8051核心的最大特点是加入一个的布尔处理引擎，它允许位级别的布尔逻辑运算直接而有效地进行了选择内部寄存器，然后选择内存位置。
这个优点有助于巩固其在工业控制应用8051的流行，因为它降低了代码的大小幅度高达30％。
另一种价值的特点是加入四个银行选择工作寄存器组，大大降低了量所需的时间来完成一个中断服务程序。
使用一条指令8051可以相对于传输关键寄存器到堆栈或指定的RAM单元的耗时的任务切换寄存器组。
这些寄存器也使8051能够快速进行上下文切换。
一旦一个UART和一个计时器，如果有计时器有必要，那么应该对此进行配置，程序员只需要编写一个简单的中断程序重新填充发送移位寄存器时的最后一位被移出通过UART和/或清空全面接收移位寄存器（拷贝数据到别的地方）。
主程序然后执行串行只需通过读取和写入的8位数据，堆栈读取和写入。
微控制器（有时简称μC，的uC或MCU）是一个单一的小型计算机的集成电路包含一个处理器核心，内存和可编程输入/输出外设。
中的形式的程序存储器NOR闪存或OTPROM也常常包括在芯片上，以及一个通常为少量的RAM。
微控制器是专为嵌入式应用，与此相反的微处理器中使用个人电脑或其他一般用途的应用。
微控制器用于自动地控制产品和设备，如汽车的发动机控制系统中，可植入医疗装置，遥控器，办公机器，电器，电动工具，玩具和其他嵌入式系统。
通过减少相比，它使用一个单独的微处理器，存储器，以及输入/输出设备设计的尺寸和成本，微控制器使其经济以数字方式控制甚至更多的设备和工艺。
混合信号微控制器是通用的，集成的控制所需要的模拟元件的非数字电子系统。
有些微控制器可以使用4位
字和工作在时钟频率频率低至4
千赫，低功耗（单位毫瓦或微瓦）。
他们通常必须保留功能，同时等待一个事件，例如按下按钮或其他中断的能力;
功耗，同时睡眠（CPU时钟和大多数外设关闭）可能只是纳瓦，使得许多人非常适合长期持久的电池应用程序。
其他微控制器可能成为性能关键的角色，他们可能需要采取行动更像是一个数字信号处理器（DSP），具有更高的时钟速度和功耗。
微控制器的功能
微控制器通常包含大量的通用输入/输出引脚（GPIO）。
GPIO引脚可通过软件配置为输入或输出状态。
当GPIO引脚被配置为输入状态，它们经常被用来读取传感器或外部的信号。
配置为输出状态，GPIO引脚可以驱动外部设备，如LED或马达。
模拟-数字转换器（ADC）单元读取的模拟信号，并将其转换成数字信号。
一个不太常见的特点是DAC允许微控制器产生一个模拟输出。
脉冲宽度调制（PWM）单位提供开/关在一个GPIO引脚的信号在一个定义良好的频率/占空比。
通用异步接收器/发送器（UART）的单位促进在与CPU（如RS232/RS485）在非常小的负载串行线接收和发送数据。
定时器产生周期性的中断或时间内部/外部事件是存在于所有的微控制器。
对于芯片到芯片的协议，如硬件支持SPI和I2C也很常见。
模拟-数字转换器
模拟-数字转换器（简称ADC，A/D或A至D）是一个连续物理量（通常是电压）转换为对幅值的数值的装置。
该转换涉及量化的输入，所以它必然引入了少量误差。
而不是做一个转换，一个ADC经常进行转换（“
样本
“输入）定期。
其结果是，已经转换的连续时间与连续幅度的数字值序列的模拟信号到一个离散时间和离散幅度的数字信号。
一个ADC是由它的带宽（频率它可以测量的范围内）和其信噪比（如何准确它可以测量相对于它引入了噪声的信号）来定义。
ADC的实际带宽，主要的特点是它的采样速率，并且通过在较小的程度分量来处理误差的走样。
动态范围，
ADC的是由许多因素，包括分辨率（输出电平的数目可影响量化的信号），线性度和精度（如何好量化电平相匹配的真实模拟信号）和抖动（小的定时误差即引入额外的噪声）。
ADC的动态范围通常在总结其职权的有效位数（ENOB），每小节的比特数它返回上平均而不是噪音。
一个理想的ADC是其ENOB等于它的分辨率。
ADC被选择匹配带宽和需要的信号到要被量化的信号的信噪比。
如果ADC工作在采样率大于信号带宽的两倍，那么完美重构是可能给出一个理想的ADC和忽略量化误差。
然而量化误差的存在限制甚至一个理想的ADC的动态范围，如果ADC的动态范围超过输入信号，所以它的影响可以忽略不计得到的在该输入信号的一个基本上完美的数字表示。
一个ADC也可以提供一种分离的测量，如一个输入模拟转换器的电压或电流到数字数成比例的电压或电流的大小。
然而，一些非电子的变量转换为电子变量，如旋转编码器，也可以考虑的ADC。
数字输出可以使用不同的编码方案。
通常情况下，数字输出将是一个2的补码的二进制数，它是成正比的输入，但也有其他可能性。
一个编码器，例如，可能输出一个格雷码。
通过进行逆运算的数字-模拟转换器（DAC）。
分辨率
图。
1，一个8级ADC的编码方案。
转换器的分辨率表示它可以产生比模拟值的范围内的离散值的数目。
分辨率确定的大小的量化误差，因此，最大可能的平均信号是在确定信噪比的条件下，不要过采样。
该值通常以电压形式存储在二进制形式，所以分辨率通常表示为比特。
由此，可用的离散值或“水平”的数量，被假定为二的幂。
例如，具有8位的分辨率的ADC可以编码一个模拟输入到一个在256个不同的水平，因为2
8
=256。
该值可以表示范围从0到255（即无符号整数）或者从-128到127（即符号的整数），这取决于应用。
分辨率也可以定义电量,单位是伏特。
保证在输出码电平的变化所需要的电压的最小变化叫做最低有效位（LSB）的电压。
分辨率Q的ADC等于LSB电压。
ADC的电压分辨率等于其总电压测量范围的离散值的数目为：
其中M是位ADC的分辨率和ê
FSR为满量程电压范围（也称为“跨度”）。
Ë
FSR由下式给出
其中V
REFHI和V
RefLow是上部和下部极端可被编码的电压，分别。
通常情况下，电压的间隔数目由下式给出
其中M是ADC的以位为单位的分辨率。
也就是说，一个电压间隔两个连续码电平之间分配中。
例如：
∙编码方案，如图1（假设输入信号x（t）=ACOS（T），A=5V）
∙满量程的测量范围=-5到5伏
∙ADC分辨率为8位：
-1=256-1=255量化电平
∙ADC的电压分辨率，Q
=（5V-（-5）V）/255=10V/255≈0.039V≈39毫伏。
在实践中，一个转换器的有用的分辨率是由最好的限定信号-噪声比（SNR），这可以实现对数字化的信号。
一个ADC可以解决一个信号，只有一定数量的分辨率的位数，称为位（ENOB）的有效数量。
分辨率中的一个有效位改变的信号-噪声比由6dB的数字化信号的，如果分辨率是由ADC的限制。
如果一个前置放大器已被用于之前的A/D转换，由放大器引入的噪声可以是对整个SNR起到重要的作用。
量化误差
量化误差是在理想的ADC中的量化引入了噪声形成的。
它是模拟输入电压施加到ADC和数字化输出值之间的舍入误差。
噪声是与信号非线性相关的。
在一个理想的模拟-数字转换器，其中所述量化误差是均匀-1/2LSB和1/2LSB之间分配，并将该信号具有均匀的分布覆盖了所有的量化等级时，信号-量化噪声比（SQNR）可以计算
其中Q是量化比特数。
例如，一个16位的ADC具有6.02×
16=96.3分贝一个最大信号-噪声比，并因此量化误差是96.3分贝低于最大电平。
量化误差是由直流分发到奈奎斯特频率，因此如果ADC的带宽的一部分没有被使用（如在过采样），某些量化误差将落在带外，从而有效地提高了SQNR。
在一个过采样系统中，噪声整形可以用来迫使更多的量化误差所述频带的进一步增加SQNR。
相对速度和精确度
模拟数字转换器的速度根据其种类有较大的差异。
威尔金森模拟数字转换器受到其时钟率的限制。
目前，频率超过300兆赫兹已经成为可能。
转换所需的时间这届与沟道的数量成比例。
对于一个逐次逼近（successive-approximation）模拟数字转换器，其转换时间与沟道数量的对数成比例。
这样，大量沟道可以使逐次逼近转换器比威尔金森转换器快。
然而，威尔金斯转换器消耗的时间是数字的，而逐次逼近转换器是模拟的。
由于模拟的自身就比数字的更慢，当沟道数量增加，所需的时间也增加。
这样，其在工作时具有相互竞争的过程。
Flash模拟数字转换器是这三种里面最快的一种，转换基本是以一个单独平行的过程。
对于一个8位单元，转换可以在十几个纳秒的时间内完成。
人们期望在速度和精确度之间达到一个最佳平衡。
Flash模拟数字转换器具有与比较器水平的漂移和不确定性，这将导致沟道宽度的不均一性。
结果是Flash模拟数字转换器的线性不佳。
对于逐次逼近模拟数字转换器，糟糕的线性也很明显，不过这还是比Flash模拟数字转换器好一点。
这里，非线性是源于减法过程的误差积累。
在这一点上，威尔金森转换器是表现最好的。
它们拥有最好的微分非线性。
其他种类的转换器则要求沟道平滑，以达到像威尔金森转换器的水平。
[3][4]
商用的模拟数字转换器
大多数转换器具有6至24位的分辨率，且每秒进行少于百万采样。
当要求更高的分辨率时会产生热噪声（Thermalnoise）。
对于音频应用，在室温状态，这样的噪声通常小于1微伏的白噪声。
如果最大有效位对应一个标准的2伏输出信号，对于有限噪声信号的转换低于20至21位，可以不需要使用抖动。
截止到2002年2月，百万级、十亿级采样率已经可使用。
在数码摄像机、视频捕获卡、电视调谐卡等需要转换全速模拟视频至数字视频文件的设备中，百万采样率的转换器的应用十分必要。
商用转换器的输出信号通常具有±
0.5至1.5的最低有效位误差。
在很多情况中，集成电路中最昂贵的部分是插脚（pins），因为它们让整个封装变得更大，且每一个插脚必须和集成电路中的硅连接。
为了节省插脚，常用的做法是每一个插脚与计算机进行串行通信，每当时钟信号改变到下一个状态时，传输一个位的电压信号，比如，从0伏特到5伏特。
这样做可以为模拟数字转换器节省很多插脚，而且在许多情况里，可以避免将整个设计复杂化（即便是微处理器，如果使用存储器映射输入输出（Memory-mappedI/O），就只需要一个端口的几个位来进行串行通信）。
商用的模拟数字转换器经常具有几个输入端口连接到同一个转换器，采用的技术通常是利用模拟数据选择器进行多路复用。
不同的型号可能还会包含采样-保持电路，放大器和差分信号输入（输入量表示为两个端口电压的差值）。
电源
电源是为电子设备提供能量的负载。
该术语最通常应用于电力转换器将电能转换的一种形式到另一种，虽然它也可以指其转换能量（机械的，化学的，太阳能）的另一种形式为电能的装置。
稳压电源是一个可控制输出电压源或为一个特定值电流源;
受控值保持几乎恒定的，尽管变体在任一负载电流或电源的能量源供给的电压。
每个电源必须获得其提供给它的负载的能量，同时它在吸收能量的时候也在消耗能量。
电源可从以下途径获得的能量：
∙电能传输系统。
这种常见的例子包括电源，转换成交流线电压到直流电压。
∙能量存储装置，例如电池和燃料电池。
∙机电系统如发电机和交流发电机。
∙太阳能发电。
电源是可以实现为独立的，独立的设备或作为是不可或缺的设备硬给它的负载。
后者可以是低电压直流电源，为桌面计算机和消费电子设备提供能源支持。
电源属性通常包括：
∙量的电压和电流也可以提供给负载。
∙如何稳定其输出电压或电流变化的线路和负载条件下。
∙它可以提供的能量多长时间无需加油或充电（适用于电源供应器，采用便携式能源）。
线性稳压电源
线性直流电源。
从不稳定电源根据负载和变型把交流电源电压转换产生的电压称为线性稳压电源。
为临界电子所应用，线性调节器可被用来将电压设置为一个精确值，稳定化以防止在输入电压和负载的波动。
该稳压器还大大降低了纹波和噪声在输出直流电流。
线性稳压器通常提供电流限制，保护电源和过电流连接电路。
可调整的线性电源是普遍实验室中的测试设备，使输出电压得到一定范围的调整。
例如，所使用的电路设计可能是电源可调，最高可达30伏，最高以5安培输出。
一些可以由外部信号驱动，例如，对于要求脉冲输出的应用。
稳压器
电压调节器被设计为自动维持恒定电平电压。
电压调节器可能是一个简单的“
前馈
“的设计，或者可以包括负反馈控制回路。
它可以使用一个机电装置，或电子元件。
根据设计，它可以用于调节一个或多个交流或直流电压。
电子电压调节器被应用在设备中，如电脑电源，他们稳定地为处理器和其他元件提供直流电压。
在汽车交流发电机和中央发电站发电机厂，电压调节器控产量。
在配电系统中，稳压器可在变电站或沿配电线路的安装，让所有客户得到稳定的线性电压。
质量监管措施
输出电压只能保持大致不变，由两个标准规定：
∙负载调整率是在输出电压的变化在负载电流给定的变化（例如：
“一般为15毫伏，最大100mV的5mA和1.4之间的负载电流，在一些特定的温度和输入电压”）。
∙适用范围是在何种程度上与输入（电源）电压的变化输出电压的变化-作为输出与输入变化的比值（例如，“通常为13毫伏/V”），或指定在整个输出电压变化输入电压范围（例如“输入正负2％，90V和260V之间的电压，50-60赫兹”）。
其它重要的参数：
∙温度系数的输出电压是随着温度的变化（可能是平均超过一个给定的温度范围内）。
∙初始精度的电压调节器（或简称“电压精度”）反映不考虑温度和老化效应对输出精度的输出电压为固定调节器的错误。
∙漏失电压是输入电压和输出电压的量，调节器仍然可以提供指定电流之间的最小差异。
一个低压降（LDO）稳压器被设计成即使输入电源只有一个运作良好伏左右以上的输出
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