基于Pt100熱電阻的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘要:針對工業(yè)環(huán)境溫度測量要求，設(shè)計了基于四線Pt100的溫度檢測系統(tǒng)。首先采用Pt100熱電阻對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，然后通過Jumo溫度變送器把mv信號轉(zhuǎn)換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號,再用西門]子SIPARTDR20單回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)和顯示溫度。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析證明,該溫度檢測系統(tǒng)具有易控制、工作可靠測距精度高、可讀性強(qiáng)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(diào)節(jié)的場合。
1引信
　　溫度是一個和人們生活環(huán)境密切相關(guān)的物理量，同時也是最基本的環(huán)境參數(shù)。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)都離不開溫度。像太陽能熱水器、電力、石油、農(nóng)業(yè)大棚經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，并根據(jù)實(shí)際的要求對溫度進(jìn)行控制。例如，許多太陽能熱水器中,需要通過溫度檢測控制水泵運(yùn)作;在農(nóng)業(yè)大棚中,通過溫度檢測判斷是否合適農(nóng)作物種植與生長;許多電子設(shè)備都有額定溫度單位，沒有合適的溫度會使電子產(chǎn)品造成故障等。因此,溫度檢測系統(tǒng)在各個領(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(guī)的溫度檢測系統(tǒng)有時不適于工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用。因此，針對工業(yè)環(huán)境及建筑節(jié)能等對溫度參數(shù)的測量要求，采用四線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(zhuǎn)換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，再用西門子SIPARTDR20單回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)和顯示溫度，設(shè)計了基于四線Pt100熱電阻的溫度檢測系統(tǒng)。
2系統(tǒng)設(shè)計
　　基于四線Pt100熱電阻的溫度檢測系統(tǒng)主要包括3個環(huán)節(jié)，如圖1所示。
 
2.1每個環(huán)節(jié)選材
(1)檢測環(huán)節(jié)
　　采用中低溫區(qū)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(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn).的基準(zhǔn)儀;并且為更好地消除引線電阻變化對測溫的影響，采用四引線熱電阻連接,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(jù)以下公式求得溫度。
T℃=(溫度數(shù)字量一0C偏置量)/1℃數(shù)字量(1)
溫度數(shù)字量=存儲在AIWx(x=0,2,4)中的值(2)
0℃偏置量=在0℃測量出的數(shù)字量(3)
1℃數(shù)字量=溫度每升高1℃的數(shù)字量(4)
(2)變換環(huán)節(jié)
　　采用近年來在測量儀表市場中出現(xiàn)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(bǔ)償導(dǎo)線或延長線，不需要維護(hù)，整個儀表采用硅橡膠或樹脂密封結(jié)構(gòu)，能抗較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。
(3)顯示環(huán)節(jié)
　　采用帶顯示與調(diào)節(jié)功能的西門子SIPARTDR20。它是一個基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理的可編程調(diào)節(jié)器，結(jié)合了半導(dǎo)體組件的使用，保證單位體積緊湊以及函數(shù)的程序內(nèi)存單元。其k型控制器可以作為一個定值控制器，與當(dāng)前輸入020mA和測量范圍0%~100%的一個常規(guī)的系統(tǒng)。
2.2系統(tǒng)工作原理
　　上述環(huán)節(jié)構(gòu)成的溫度檢測系統(tǒng)的工作原理為:當(dāng)Pt100在0℃時阻值為100Ω,然后隨溫度改變而改變。先用Pt100通過感應(yīng)溫度變化達(dá)到阻值的變化。由于溫度變送器可通過轉(zhuǎn)換電路,將Pt100熱電阻的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號、標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)一的4~20mA的電流信號,由儀表通過確認(rèn)電流的不同，顯示當(dāng)前的溫度。
3溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用
　　設(shè)計四線Pt100溫度檢測系統(tǒng)使用時，組態(tài)開關(guān)設(shè)置為:從AE1端口輸入信號，S4為軟開關(guān)，將設(shè)為0時的出廠設(shè)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(yàn)室中用所設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng)進(jìn)行溫度測量,獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1(紅外線測溫儀作為參考),相應(yīng)的曲線圖如圖2所示。
 
　　從表1和圖2中可以看出,由于Pt100熱電阻測溫時存在滯后，所設(shè)計的四線Pt100溫度檢測系統(tǒng)測出的熱水溫度有3℃左右的誤差(以紅外線測溫儀為參照),在結(jié)果上可適當(dāng)補(bǔ)償，獲得比較正確的結(jié)果。
 
4結(jié)論
　　采用Pt100熱電阻對環(huán)境溫度進(jìn)行采集,通過Jumo溫度變送器把mv信號轉(zhuǎn)換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，再用西門子SIPART
　　DR20單回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)和顯示設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng),不僅可以進(jìn)行建筑物溫度的檢測作為建筑節(jié)能的參考,還可以應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行溫度檢測及調(diào)節(jié)的場合。基于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析，可驗(yàn)證該系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測距精度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。