基于Pt100熱電阻的溫度檢測系統設計

摘要:針對工業環境溫度測量要求，設計了基于四線Pt100的溫度檢測系統。首先采用Pt100熱電阻對環境溫度進行采集，然后通過Jumo溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號,再用西門]子SIPARTDR20單回路調節器調節和顯示溫度。通過實驗和數據分析證明,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點,可以進行建筑及工業領域需要進行溫度檢測及調節的場合。
1引信
　　溫度是一個和人們生活環境密切相關的物理量，同時也是最基本的環境參數。人們的生活與環境溫度息息相關，物理、化學、生物等科學都離不開溫度。像太陽能熱水器、電力、石油、農業大棚經常需要對環境溫度進行檢測，并根據實際的要求對溫度進行控制。例如，許多太陽能熱水器中,需要通過溫度檢測控制水泵運作;在農業大棚中,通過溫度檢測判斷是否合適農作物種植與生長;許多電子設備都有額定溫度單位，沒有合適的溫度會使電子產品造成故障等。因此,溫度檢測系統在各個領域中是不可缺少的技術之一。
　　由于工業環境一般比較惡劣，測量精度也要求較高，常規的溫度檢測系統有時不適于工業環境的應用。因此，針對工業環境及建筑節能等對溫度參數的測量要求，采用四線Pt100熱電阻對環境溫度進行采集，然后用Jum0溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號，再用西門子SIPARTDR20單回路調節器調節和顯示溫度，設計了基于四線Pt100熱電阻的溫度檢測系統。
2系統設計
　　基于四線Pt100熱電阻的溫度檢測系統主要包括3個環節，如圖1所示。
 
2.1每個環節選材
(1)檢測環節
　　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，性能穩定等優點，不僅廣泛用于工業測溫，而且被制成標準.的基準儀;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AIWx(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)變換環節
　　采用近年來在測量儀表市場中出現的--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或延長線，不需要維護，整個儀表采用硅橡膠或樹脂密封結構，能抗較惡劣的工業現場環境。
(3)顯示環節
　　采用帶顯示與調節功能的西門子SIPARTDR20。它是一個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定值控制器，與當前輸入020mA和測量范圍0%~100%的一個常規的系統。
2.2系統工作原理
　　上述環節構成的溫度檢測系統的工作原理為:當Pt100在0℃時阻值為100Ω,然后隨溫度改變而改變。先用Pt100通過感應溫度變化達到阻值的變化。由于溫度變送器可通過轉換電路,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Pt100溫度檢測系統使用時，組態開關設置為:從AE1端口輸入信號，S4為軟開關，將設為0時的出廠設定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。在實驗室中用所設計的溫度檢測系統進行溫度測量,獲得的實驗數據如表1(紅外線測溫儀作為參考),相應的曲線圖如圖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，所設計的四線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熱電阻對環境溫度進行采集,通過Jumo溫度變送器把mv信號轉換成4~20mA標準信號，再用西門子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,還可以應用于工業領域進行溫度檢測及調節的場合。基于實驗應用和數據分析，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點。