[基于PT100铂热电阻温度传感器设计] 铂热电阻温度传感器

基于PT100铂热电阻温度传感器设计

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2016）16-0033-03 Abstract Thermal resistor of PT100 is a common temperature mea-suring tool. Its resistance value is temperature-dependant. Thus it is widely used in the measurement and control of temperature para-meter in industrial processes. This essay is on the design of tempe-rature sensor based on the thermal resistor of PT100， changing its resistance value according to temperature change of surrounding environment and outputting the corresponding voltage through elec-tric circuits. In the design added a preset comparison circuit which can give an alarm when the temperature is out of range. Key words thermal resistor of PT100；

bridge；

NE5532 chip；

compa-rison circuit；

amplifying circuit1 引言 温度传感器被广泛应用于工业、农业生产、科学研究等 领域[1]，为提高生产效率，对温度参数测量的快速性和准 确性提出更高的要求。本文设计基于PT100铂热电阻的温度 传感器，具有精度高、线性好、响应时间短等特点。

2 电路设计 基于PT100铂热电阻温度传感器由两部分组成：PT100铂 热电阻传感器和信号转换器。通过PT100铂热电阻测量温度， 经过NE5532芯片和多个元器件的组合来达到信号转换、放大 输出一个模拟电压信号；
后面再入加比较电路，对当前值与 设定值进行比较，超出时进行报警。设计框图如图1所示。

与普通型热电阻相比，PT100铂热电阻的特点包括：热 惯性上测量滞后小；
机械性能好、耐振，能弯曲，便于安装；

使用寿命长。因此，PT100铂热电阻是研究中比较理想的测 温电子元件。

PT100铂电阻RT曲线图如图2所示。当在0 ℃的时候， PT100的阻值为100 Ω，它的阻值会随着温度的上升而匀速 增长，在100 ℃时，它的阻值约为138.5 Ω。它的阻值跟温 度的变化成正比，但不是简单的正比的关系，而更应该趋近 于一条抛物线[2]。

NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电 路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良 的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。本文中将用它来构成电桥电路、放大电路和比较电路。

运用NE5532芯片的PT100铂热电阻温度传感器电路图如3所 示。

在图3所示电路中，电桥电路由R2、R3、R9和PT100电阻 组成。为了防止电路电流过大而导致PT100损坏，为保护电 路，R2=R3=13 KΩ。因为PT100的最小电阻值为100 Ω（即0 ℃ 下的电阻值），为了使A、B两点的电压差小，根据铂热电阻 的分度表，取R=96.09 Ω或者92.16 Ω才是合适的，然而现 实中最接近的只有R=91 Ω的电阻，所以取R9=91 Ω，这样 有利于减小误差。由图可得到A、B两点电压及电桥输出（A、 B两点电压差）分别为：
其中UA的值随工作环境温度的变化而变化。UA、UB为后 面放大电路的输入电压。利用由R1、R5、R7、R10和NE5532 芯片组成求差放大电路，该基本减法电路的输出电压为：
其放大倍数为：
输出C点后面加入电压比较电路，由R4、R11和NE5532芯 片组成。比较NE5532运放输入端5脚和6脚间的电压大小，当 UC>UD时，即测量温度大于设定温度时，输出电压UE为12 V， 此时LED灯亮，进行报警。这里可调电阻R4的作用是设置电 压预值，通过改变R4就可以改变D点电压进行电压预设；
R6 起的是限流和隔离作用，使左右两边的电路不受干扰；
C1起 的是滤波作用。

3 测试结果根据设计焊接完成的电路，测量温度30～100 ℃对应的 电阻值的数据记录如表1所示。

通过GRAPH软件，根据实测值及利用PT100标准分度表制 作的函数图如图4所示。其中，红色线为实际的测量数据， 蓝色为标准分度表，两者比较符合（说明：上方为红色线， 下方为黑色线）。

在此采用分度表上的数据进行公式计算，得出：
结合式3、4得出通过电路放大后，输出电压UC与温度间 的关系式为：
这里输入电源电压VCC=5 V，K=100，R2=R3=13 000 Ω， R9=91 Ω，则式6为：
4 结语 基于PT100铂热电阻的温度传感器结构简单，成本低， 性能稳定，是比较理想的温度数据采集器。工业生产过程中 结合工控机可达到温度采集、加热冷却等控制功能。

参考文献 [1]朱杰.基于A类铂电阻的弹体温度采集系统研究[J]. 科学技术与工程，2013（9）. [2]pt100热电阻[EB/OL].http：
//baike.so.com/doc/6742815-6957342.html. [3]才智，等.PT100铂热电阻温度测量系统的设计[J]. 虚拟仪器与应用，2008（20）.中国教育技术装备