铂电阻温度仪的研制

摘要：介绍一种基于AT89C52单片机开发的PT100铂电阻温度仪，着重介绍温度值的求解方法。
关键词：温度仪；铂电阻；AT89C52；ICL7135

0 引言
    用铂电阻测温时，由于铂电阻的阻值与温度成非线性关系，常用硬件电路对其进行线性补偿，这不但增加了系统的复杂性，而且降低了测量精度。我们分析铂电阻阻值与温度的函数关系，建立温度与电阻值的二次方程，通过求解二次方程的根，计算出被测温度值，此方法调试简单、精度高。

1 数学模型
    我们研究的温度测量范围为-50℃～200℃，精度要求±0．2℃。选用PT100铂电阻温度传感器(TCR=0．003851)，铂电阻采用恒流供电，如图1。Pt100铂电阻的阻值与温度函数关系如下：
   
    式中，A=3．9083E-3；B=-5．775E-7；C=4．813E-12。

    在测量温度范围内，参数C对电阻值的影响甚微，故将-200℃<t<0℃时的函数归一为R(t)=R0(1+At+Bt2)。
    以图1为研究对象，放大器输出电压为：
   
   
    我们设计的温度计测量最大值为200℃，根据R(0)=100 Ω，R(200)=175．86 Ω，只要保证t=200℃时，A／D转换器不溢出，就可先将D0确定为定值，因为我们可以通过调节放大器的放大倍数K来得到t=0℃时A／D转换器的数字量值，不妨令D0等于10000。根据式(7)，只要知道了D0，就可通过A／D转换器的采样值计算出温度。

2 硬件电路
    系统的硬件主要由TL431恒流电路、AD620增益调节电路、ICL7135 A／D转换器、AT89C52单片机、MAX7219显示驱动、MAX232通信电路等组成，其框图如图2所示。

2．1 信号处理单元
    原理图如图3所示。

    铂电阻温度传感器采用四线制工作方式。TL431的温漂为50ppm／℃，由TL431组成精密恒流电路，对铂电阻恒流供电，工作电流为I=2.5V ／R4=1．04mA；放大器选用AD620仪用放大器，其温度漂移为0．3 μV／℃；R6、C4组成一阶低通滤波，滤除工频干扰，整个电路的增益通过W1调节。
    为了获得足够的温度分辨率，A／D转换器选用ICL7135，精度为4位半，ICL7135的时钟信号由AT89C52的ALE引脚16分频得到，频率为115．2kHz。
2．2 数据处理单元
    AT89C52是Atmel公司生产的8位单片机，为大家所熟悉，在本系统中，其工作频率为11．0592MHz。MAX7219是MAXIM公司生产的LED驱动芯片，可驱动8位LED数码管，用它来驱动数码管显示，具有结构简单的特点，在本系统中，用它驱动4位LED数码管显示。

3 软件设计
    本系统软件的核心是如何计算关系式(9)。
    将参数代入，并令D0=10000，化简关系式(9)，得：
   
    其中：X=3．3838E3； Y=1．31 81 8E7；Z=-1．7316E2
    由式(10)可以方便地计算出被测温度值。
    在程序设计中，采用Keil uVision2软件编程，系统软件为模块化结构。温度计算模块设计成子程序，函数输入量为A／D转换器的采样值。代码如下：
   

4 总结
    本文提出的铂电阻温度值求解法，可方便地计算铂电阻温度，其精度与铂电阻的R0值和工作电流无关，只与电路的稳定性相关。要得到足够的测量精度，需选择14位以上的A／D转换器。