基于Pt100熱電阻的溫度檢測系統設計

摘要:針對工業(yè)環(huán)境溫度測量要求，設計了基于四線(xiàn)Pt100的溫度檢測系統。首先采用Pt100熱電阻對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，然后通過(guò)Jumo溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號,再用西門(mén)]子SIPARTDR20單回路調節器調節和顯示溫度。通過(guò)實(shí)驗和數據分析證明,該溫度檢測系統具有易控制、工作可靠測距精度高、可讀性強和流程清晰等優(yōu)點(diǎn),可以進(jìn)行建筑及工業(yè)領(lǐng)域需要進(jìn)行溫度檢測及調節的場(chǎng)合。
1引信
　　溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境密切相關(guān)的物理量，同時(shí)也是最基本的環(huán)境參數。人們的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等科學(xué)都離不開(kāi)溫度。像太陽(yáng)能熱水器、電力、石油、農業(yè)大棚經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，并根據實(shí)際的要求對溫度進(jìn)行控制。例如，許多太陽(yáng)能熱水器中,需要通過(guò)溫度檢測控制水泵運作;在農業(yè)大棚中,通過(guò)溫度檢測判斷是否合適農作物種植與生長(cháng);許多電子設備都有額定溫度單位，沒(méi)有合適的溫度會(huì )使電子產(chǎn)品造成故障等。因此,溫度檢測系統在各個(gè)領(lǐng)域中是不可缺少的技術(shù)之一。
　　由于工業(yè)環(huán)境一般比較惡劣，測量精度也要求較高，常規的溫度檢測系統有時(shí)不適于工業(yè)環(huán)境的應用。因此，針對工業(yè)環(huán)境及建筑節能等對溫度參數的測量要求，采用四線(xiàn)Pt100熱電阻對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，然后用Jum0溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號，再用西門(mén)子SIPARTDR20單回路調節器調節和顯示溫度，設計了基于四線(xiàn)Pt100熱電阻的溫度檢測系統。
2系統設計
　　基于四線(xiàn)Pt100熱電阻的溫度檢測系統主要包括3個(gè)環(huán)節，如圖1所示。
 
2.1每個(gè)環(huán)節選材
(1)檢測環(huán)節
　　采用中低溫區最常用的一種溫度檢測元件Pt100熱電阻。鉑熱電阻具有測量精度高，性能穩定等優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛用于工業(yè)測溫，而且被制成標準.的基準儀;并且為更好地消除引線(xiàn)電阻變化對測溫的影響，采用四引線(xiàn)熱電阻連接,配合用的儀表為精密電位差計或精密測溫電橋。
利用Pt100熱電阻的溫度與阻值變化關(guān)系,根據以下公式求得溫度。
T℃=(溫度數字量一0C偏置量)/1℃數字量(1)
溫度數字量=存儲在A(yíng)IWx(x=0,2,4)中的值(2)
0℃偏置量=在0℃測量出的數字量(3)
1℃數字量=溫度每升高1℃的數字量(4)
(2)變換環(huán)節
　　采用近年來(lái)在測量?jì)x表市場(chǎng)中出現的--種小型化的溫度變送器Jum0一體化溫度變送器。它采用固態(tài)封裝工藝，直接與熱電偶或熱電阻安裝一起，體積小巧緊湊，通常為直徑幾十毫米,不必占有額外空間，也不需要熱電偶補償導線(xiàn)或延長(cháng)線(xiàn)，不需要維護，整個(gè)儀表采用硅橡膠或樹(shù)脂密封結構，能抗較惡劣的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境。
(3)顯示環(huán)節
　　采用帶顯示與調節功能的西門(mén)子SIPARTDR20。它是一個(gè)基于數字數據處理的可編程調節器，結合了半導體組件的使用，保證單位體積緊湊以及函數的程序內存單元。其k型控制器可以作為一個(gè)定值控制器，與當前輸入020mA和測量范圍0%~100%的一個(gè)常規的系統。
2.2系統工作原理
　　上述環(huán)節構成的溫度檢測系統的工作原理為:當Pt100在0℃時(shí)阻值為100Ω,然后隨溫度改變而改變。先用Pt100通過(guò)感應溫度變化達到阻值的變化。由于溫度變送器可通過(guò)轉換電路,將Pt100熱電阻的信號轉換為標準電流信號、標準電壓信號的溫度測量裝置，再利用溫度變送器使輸入的各種電阻和電勢信號變成統一的4~20mA的電流信號,由儀表通過(guò)確認電流的不同，顯示當前的溫度。
3溫度檢測系統應用
　　設計四線(xiàn)Pt100溫度檢測系統使用時(shí)，組態(tài)開(kāi)關(guān)設置為:從AE1端口輸入信號，S4為軟開(kāi)關(guān)，將設為0時(shí)的出廠(chǎng)設定0~20mA修改為1,則顯示范圍變.為4~
20mA,
　　從而與溫度變送器的范圍一致。在實(shí)驗室中用所設計的溫度檢測系統進(jìn)行溫度測量,獲得的實(shí)驗數據如表1(紅外線(xiàn)測溫儀作為參考),相應的曲線(xiàn)圖如圖2所示。
 
　　從表1和圖2中可以看出,由于Pt100熱電阻測溫時(shí)存在滯后，所設計的四線(xiàn)Pt100溫度檢測系統測出的熱水溫度有3℃左右的誤差(以紅外線(xiàn)測溫儀為參照),在結果上可適當補償，獲得比較正確的結果。
 
4結論
　　采用Pt100熱電阻對環(huán)境溫度進(jìn)行采集,通過(guò)Jumo溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號，再用西門(mén)子SIPART
　　DR20單回路調節器調節和顯示設計的溫度檢測系統,不僅可以進(jìn)行建筑物溫度的檢測作為建筑節能的參考,還可以應用于工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行溫度檢測及調節的場(chǎng)合?；趯?shí)驗應用和數據分析，可驗證該系統具有易控制、工作可靠、測距精度高、可讀性強和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。