專利名稱：一種鉑電阻測(cè)溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉬電阻測(cè)溫領(lǐng)域，涉及一種鉬電阻測(cè)溫裝置。
背景技術(shù)：
鉬電阻溫度計(jì)具有精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快的特點(diǎn)，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。由于鉬電阻的阻值與溫度成非線性關(guān)系，常用硬件或軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。硬件方面，采用相關(guān)電路對(duì)鉬電阻進(jìn)行線性補(bǔ)償，這不但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；軟件方面，常采用“查表法”、“曲線擬合法”等方法處理測(cè)量值，標(biāo)定溫度、調(diào)試軟件將非常復(fù)雜。高精度的溫度測(cè)量，需要高分辨率、高精度的Α/D轉(zhuǎn)換器，隨著Λ-Σ式高分辨率Α/D轉(zhuǎn)換器的普及，使得高精度的溫度測(cè)量成為可能。根據(jù)函數(shù)R(t)= R0 (1+At+Bt2 )，相關(guān)文獻(xiàn)提出了二次方程求根法，計(jì)算鉬電阻的溫度。它們的方法是:如圖1，在恒流源調(diào)整階段，將電流調(diào)到某一電流值(如1mA)，通過(guò)測(cè)量鉬電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出鉬電阻阻值(RX)，然后求解方程RX= R0(1+At+Bt2 )的根，得到 鉬電阻的溫度。采用這種方法，測(cè)量溫度值受如下因數(shù)影響:( I)恒流源電流值的精確度。需對(duì)恒流源作精確的調(diào)整，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電流表的精度有較高要求。需在恒流源電路中增加電流調(diào)節(jié)部分，減小了電路的穩(wěn)定性。(2)模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器及相關(guān)模擬電路的測(cè)量精度。需在模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器前面的電路中增加增益調(diào)節(jié)，用標(biāo)準(zhǔn)電壓表對(duì)Α/D轉(zhuǎn)換器的輸出值進(jìn)行標(biāo)定，這一過(guò)程，同樣，減小了電路的穩(wěn)定性，增加了調(diào)試的復(fù)雜性，引入了測(cè)量誤差。(3)電阻Rtl值的精度。電阻Rtl的誤差將會(huì)引起測(cè)量溫度的誤差。采用這種二次方程求根法，可以獲得較高的測(cè)量精度，但它沒(méi)有能夠回避與鉬電阻相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)，即電壓值、電流值，給測(cè)溫裝置的生產(chǎn)、調(diào)試帶來(lái)不便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、穩(wěn)定性好、精度高的鉬電阻測(cè)溫裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:本實(shí)用新型提供了一種鉬電阻測(cè)溫裝置，包括依次連接的恒流電路、濾波電路、模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器電路和單片機(jī)，還包括發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路、RS232接口電路和PC機(jī)，所述恒流電路包括第一電阻、第六電阻、第一集成電路和鉬電阻；所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器電路包括模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器；所述濾波電路包括第二電阻、第二電容、第五電阻和第一電容。優(yōu)選地，所述發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路采用MAX7219芯片。優(yōu)選地，所述單片機(jī)為PIC16F886。優(yōu)選地，所述RS232接口電路采用MAX232芯片。優(yōu)選地，所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器為ADS1110。本實(shí)用新型的鉬電阻測(cè)溫裝置，溫度標(biāo)定方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好；硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)；體積小，便于產(chǎn)品小型化。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的測(cè)溫方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明，使本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。圖I是本實(shí)用 新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的電路原理圖，如圖I和圖2所示，本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置，包括依次連接的恒流電路10、濾波電路20、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器電路30和單片機(jī)40，還包括發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路50、RS232接口電路60和PC機(jī)70，恒流電路10包括第一電阻R1、第六電阻R6、第一集成電路Ul和鉬電阻PT ;模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器電路20包括模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器；濾波電路20包括第二電阻R2、第二電容C2、第五電阻R5和第一電容Cl。單片機(jī)40為PIC16F886，測(cè)量結(jié)果用發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路50顯示，發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路50采用MAX7219芯片，RS232接口電路60采用MAX232芯片，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器為ADSl 110，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADSl 110片內(nèi)包含一個(gè)程控增益放大器，為防止模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器輸出溢出，需根據(jù)最高溫度值計(jì)算出鉬電阻PT阻值，再計(jì)算出模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓，以確定程控增益放大器的增益。本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的分辨率分析模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADSl110的輸出碼值為輸出碼值=3 2 7 6 8 X增益X (Vin+-Vin-) /2. 048V根據(jù)上式計(jì)算，(TC時(shí)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADSl110的輸出值為16000 ；275 V時(shí)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADS1110的輸出值為32768 ；理論分辨率為(275 °C -O °C ) /(32768-16000)=0. 016。。/bit。鉬電阻測(cè)溫裝置的誤差來(lái)源本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置采用了“比較”的方法，即將未知狀態(tài)的物理量與已知狀態(tài)的物理量作比較，利用恒流源電流不變的特性，消去中間變量(電流值)。計(jì)算公式的推導(dǎo)，前提條件是鉬電阻的工作電流不變。它不需要一個(gè)精確的數(shù)值，但要保持恒定，因此，恒流源的穩(wěn)定性將影響鉬電阻測(cè)溫裝置的測(cè)量精度。同樣的原理，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性也將影響鉬電阻測(cè)溫裝置的測(cè)量精度。本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置選擇PT100鉬電阻傳感器為例，說(shuō)明鉬電阻的工作情況。PT100鉬電阻的Rtl=IOO Ω，集成電路Ul的基準(zhǔn)電壓為2. 5V,鉬電阻工作電流=Ul的基準(zhǔn)電壓/電阻R6的阻值，即2. 5￥/21(0=1.2511^，01時(shí)鉬電阻的工作電壓為100 Ω*1. 25mA=0. 125V。模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADSl110的基準(zhǔn)電壓由芯片自身提供，為2. 048V，程控增益設(shè)置為8，則最高差分輸入電壓為2.048V /8=0. 256V，對(duì)應(yīng)的鉬電阻阻值為O.256V/1. 25mA=204. 8Ω，查PTlOO分度表，得知此時(shí)鉬電阻溫度約為275°C。所以，該鉬電阻測(cè)溫裝置的最高測(cè)量溫度約為275°C。本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置采用PC機(jī)70 (上位機(jī))與單片機(jī)40 (下位機(jī))通訊方式完成標(biāo)定參數(shù)的設(shè)置，分別編寫(xiě)PC機(jī)的“發(fā)送程序”和單片機(jī)的“接收程序”，由PC機(jī)向鉬電阻測(cè)溫裝置發(fā)送標(biāo)定參數(shù)和標(biāo)定命令，通訊波特率為9600。數(shù)據(jù)幀格式為起始符,數(shù)據(jù)傳送標(biāo)志,數(shù)據(jù)高8位，數(shù)據(jù)低8位，累加和；命令幀格式為起始符，命令傳送標(biāo)志，命令字1，命令字2，累加和；數(shù)據(jù)幀用來(lái)傳送標(biāo)定溫度數(shù)值，標(biāo)定溫度數(shù)值保留小數(shù)點(diǎn)后2位，所以，將標(biāo)定溫度數(shù)值乘以100作為標(biāo)定溫度的傳送參數(shù)。該參數(shù)用雙字節(jié)表示，拆分為“數(shù)據(jù)高8位”和“數(shù)據(jù)低8位”，下位機(jī)收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)合并為雙字節(jié)數(shù)，采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，除以100，還原成實(shí)際的標(biāo)定溫度數(shù)值。標(biāo)定溫度數(shù)值的范圍為O 655. 35，此范圍可以滿足實(shí)際需要。命令幀用來(lái)控制下位機(jī)完成某一操作。命令字2與命令字I相同，為冗余傳送校驗(yàn)。通訊采用雙向應(yīng)答方式，進(jìn)行累加和校驗(yàn)，確保通訊正確。鉬電阻PT溫度特性系數(shù)A、B會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品規(guī)格的不同而不一樣，所以A、B值需經(jīng)常因?yàn)楫a(chǎn)品規(guī)格的不同而改變。A、B值的存儲(chǔ)可采用如下2種方式。方式I:由PC機(jī)(上位機(jī))發(fā)送，單片機(jī)(下位機(jī))接收，存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM存儲(chǔ)器中，這種方式改變參數(shù)靈活。方式2 :直接將A、B值寫(xiě)入程序，存儲(chǔ)在單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器中，采用這種方式，只有在程序固化前才可以改變A、B值，程序一旦寫(xiě)入單片機(jī)，參數(shù)將無(wú)法改變。本測(cè)溫裝置采用方式2，減化了接口軟件編程。
下面結(jié)合圖I對(duì)本實(shí)用新型提出的計(jì)算公式作詳細(xì)推導(dǎo)。鉬電阻PT的阻值與溫度函數(shù)關(guān)系如下(1)-200 V <t<0 V時(shí)，R(t)=R0[l+At+Bt2+Ct3 (t-100) ] (2) 0°C< t〈850°C時(shí)，R(t)= R0 (1+At+Bt2 )式中，A、B、C為鉬電阻PT的溫度特性系數(shù)，R0為0°C時(shí)鉬電阻PT的阻值。以符合IEC751 標(biāo)準(zhǔn) TCR=O. 003851 的鉬電阻 PtlOO 為例，Α=3· 9083Ε-3 ；Β=-5. 775Ε-7 ；C=- 4. 183E-12。分析A、B、C三個(gè)參數(shù)，C的絕對(duì)值遠(yuǎn)小于A、B的絕對(duì)值，可見(jiàn)，C對(duì)電阻值的影響甚微，在誤差允許的范圍內(nèi)，將_200°C <t〈(TC時(shí)的函數(shù)統(tǒng)一為R(t) =Rtl(1+At+Bt2 )，即認(rèn)為-2000C <t〈0°C 時(shí)參數(shù) C=O0模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端為高阻抗，近似開(kāi)路，所以濾波電路的增益近似為1，模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓U (t)等于鉬電阻兩端的電壓。模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓U⑴為:U(t)= I R(t)= I R0 (1+At+Bt2 )(I)其中I為流過(guò)鉬電阻PT的電流，由恒流源提供。當(dāng)t=T 時(shí)，U(T)= I R0(1+AT+BT2 ) = I R0*M(2)其中M=1+AT+BT2，T為已知標(biāo)定溫度值。比較(I)、(2)式可得U(t)/ U(T)= (1+At+Bt2)/M(3)在模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與其輸出數(shù)字量成比例關(guān)系，故有U(t)/ U(T)= D/ Dt(4)[0047]其中:D為與U(t)對(duì)應(yīng)的模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量；Dt為與U(T)對(duì)應(yīng)的模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量；由(3)、(4)得:D/Dt = (1+At+Bt2)/M整理為:Bt2+At+1_DM/ Dt =0(5)求解方程(5)式，得:t — ―― — 1-- — — + — '(6)
L J 12B 'Ui 2 B 卞 S D7K J觀察(6)式，A、B為鉬電阻的溫度系數(shù)，是已知量；M=1+AT+BT2，T為已知標(biāo)定溫度值，所以M也為已知量。只要知道了 Dt，就可根據(jù)模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器的采樣值D計(jì)算出被測(cè)溫度。因此，在測(cè)溫裝置正常使用前，需要對(duì)測(cè)溫裝置進(jìn)行標(biāo)定，即，鉬電阻在標(biāo)定溫度T環(huán)境下，記錄模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量DT。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的測(cè)溫方法流程圖，本實(shí)用新型具體實(shí)施例的鉬電阻測(cè)溫裝置的測(cè)溫方法，包括以下步驟:a.獲得標(biāo)定狀態(tài)時(shí)鉬電阻PT的溫度；具體方法有以下兩種:1.采用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量法；將鉬電阻PT與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)置于同一恒溫環(huán)境中，用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量鉬電阻PT此時(shí)的溫度，作為已知的標(biāo)定溫度T。
`[0058]2.采用標(biāo)準(zhǔn)電阻模擬法；用精密標(biāo)準(zhǔn)電阻替換鉬電阻PT，模擬鉬電阻PT的標(biāo)定工作狀態(tài)，精密標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值為已知數(shù)值R，與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)定溫度T為未知數(shù)，根據(jù)函數(shù)R(t)= R0 (1+At+Bt2 )，求解方程R= R0 (1+AT+BT2 )，得到與精密標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)應(yīng)的標(biāo)定溫度T。以下是采用這兩種方法的誤差分析:采用“標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量法”，獲得標(biāo)定狀態(tài)時(shí)鉬電阻PT的溫度，由(6)式可知，該溫度數(shù)值的精度將影響測(cè)溫裝置的精度。因此，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的測(cè)量精度將決定該測(cè)溫裝置的精度。采用“標(biāo)準(zhǔn)電阻模擬法”，由于標(biāo)定溫度T是由方程R= R0 (1+AT+BT2 )求解獲得，R0為0°C時(shí)鉬電阻的阻值，其值由“鉬電阻使用說(shuō)明書(shū)”給出，Rtl的誤差將會(huì)引起標(biāo)定溫度T的誤差；精密標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值存在誤差，同樣會(huì)引起標(biāo)定溫度T的誤差；因此，Rtl值的精度、精密標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度將決定該測(cè)溫裝置的精度。b.記錄標(biāo)定狀態(tài)時(shí)模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量DT，PC機(jī)70向鉬電阻測(cè)溫裝置發(fā)命令，要求單片機(jī)40記錄步驟a時(shí)模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量Dt ；c.記錄標(biāo)定溫度T，在PC機(jī)70上鍵盤(pán)輸入標(biāo)定溫度T值，PC機(jī)70向單片機(jī)40發(fā)送數(shù)據(jù)，將標(biāo)定溫度T值發(fā)送至鉬電阻測(cè)溫裝置；d.存儲(chǔ)標(biāo)定溫度T和所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量DT，PC機(jī)70向鉬電阻測(cè)溫裝置發(fā)命令，要求單片機(jī)40將標(biāo)定溫度T、數(shù)字量Dt 二數(shù)值存入單片機(jī)40內(nèi)部的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；e.根據(jù)公式計(jì)算鉬電阻溫度。該公式特征為:
權(quán)利要求1.一種鉬電阻測(cè)溫裝置，其特征在于，包括依次連接的恒流電路、濾波電路、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器電路和單片機(jī)，還包括發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路、RS232接口電路和PC機(jī)，所述恒流電路包括第一電阻、第六電阻、第一集成電路和鉬電阻；所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器電路包括模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器；所述濾波電路包括第二電阻、第二電容、第五電阻和第一電容。
2.如權(quán)利要求1所述的鉬電阻測(cè)溫裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路采用MAX7219芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的鉬電阻測(cè)溫裝置，其特征在于，所述單片機(jī)為PIC16F886。
4.如權(quán)利要求1所述的鉬電阻測(cè)溫裝置，其特征在于，所述RS232接口電路采用MAX232 芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的鉬電阻測(cè)溫裝置，其特征在于，所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換器為ADS1110。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種鉑電阻測(cè)溫裝置，包括恒流電路、濾波電路、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器電路、單片機(jī)、發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路、RS232接口電路和PC機(jī)，所述恒流電路包括第一電阻、第六電阻、第一集成電路和鉑電阻；所述模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器電路包括模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器；所述濾波電路包括第二電阻、第二電容、第五電阻和第一電容。本實(shí)用新型的鉑電阻測(cè)溫裝置，溫度標(biāo)定方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好；硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)；體積小，便于產(chǎn)品小型化。
文檔編號(hào)G01K7/18GK203069290SQ201220738299
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王堅(jiān) 申請(qǐng)人:王堅(jiān)