基于Pt100热电阻的温度检测系统设计

摘要:针对工业环境温度测量要求，设计了基于四线Pt100的温度检测系统。首先采用Pt100热电阻对环境温度进行采集，然后通过Jumo温度变送器把mv信号转换成4~20mA标准信号,再用西门]子SIPARTDR20单回路调节器调节和显示温度。通过实验和数据分析证明,该温度检测系统具有易控制、工作可靠测距精度高、可读性强和流程清晰等优点,可以进行建筑及工业领域需要进行温度检测及调节的场合。
1引信
　　温度是一个和人们生活环境密切相关的物理量，同时也是最基本的环境参数。人们的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等科学都离不开温度。像太阳能热水器、电力、石油、农业大棚经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对温度进行控制。例如，许多太阳能热水器中,需要通过温度检测控制水泵运作;在农业大棚中,通过温度检测判断是否合适农作物种植与生长;许多电子设备都有额定温度单位，没有合适的温度会使电子产品造成故障等。因此,温度检测系统在各个领域中是不可缺少的技术之一。
　　由于工业环境一般比较恶劣，测量精度也要求较高，常规的温度检测系统有时不适于工业环境的应用。因此，针对工业环境及建筑节能等对温度参数的测量要求，采用四线Pt100热电阻对环境温度进行采集，然后用Jum0温度变送器把mv信号转换成4~20mA标准信号，再用西门子SIPARTDR20单回路调节器调节和显示温度，设计了基于四线Pt100热电阻的温度检测系统。
2系统设计
　　基于四线Pt100热电阻的温度检测系统主要包括3个环节，如图1所示。
 
2.1每个环节选材
(1)检测环节
　　采用中低温区最常用的一种温度检测元件Pt100热电阻。铂热电阻具有测量精度高，性能稳定等优点，不仅广泛用于工业测温，而且被制成标准.的基准仪;并且为更好地消除引线电阻变化对测温的影响，采用四引线热电阻连接,配合用的仪表为精密电位差计或精密测温电桥。
利用Pt100热电阻的温度与阻值变化关系,根据以下公式求得温度。
T℃=(温度数字量一0C偏置量)/1℃数字量(1)
温度数字量=存储在AIWx(x=0,2,4)中的值(2)
0℃偏置量=在0℃测量出的数字量(3)
1℃数字量=温度每升高1℃的数字量(4)
(2)变换环节
　　采用近年来在测量仪表市场中出现的--种小型化的温度变送器Jum0一体化温度变送器。它采用固态封装工艺，直接与热电偶或热电阻安装一起，体积小巧紧凑，通常为直径几十毫米,不必占有额外空间，也不需要热电偶补偿导线或延长线，不需要维护，整个仪表采用硅橡胶或树脂密封结构，能抗较恶劣的工业现场环境。
(3)显示环节
　　采用带显示与调节功能的西门子SIPARTDR20。它是一个基于数字数据处理的可编程调节器，结合了半导体组件的使用，保证单位体积紧凑以及函数的程序内存单元。其k型控制器可以作为一个定值控制器，与当前输入020mA和测量范围0%~100%的一个常规的系统。
2.2系统工作原理
　　上述环节构成的温度检测系统的工作原理为:当Pt100在0℃时阻值为100Ω,然后随温度改变而改变。先用Pt100通过感应温度变化达到阻值的变化。由于温度变送器可通过转换电路,将Pt100热电阻的信号转换为标准电流信号、标准电压信号的温度测量装置，再利用温度变送器使输入的各种电阻和电势信号变成统一的4~20mA的电流信号,由仪表通过确认电流的不同，显示当前的温度。
3温度检测系统应用
　　设计四线Pt100温度检测系统使用时，组态开关设置为:从AE1端口输入信号，S4为软开关，将设为0时的出厂设定0~20mA修改为1,则显示范围变.为4~
20mA,
　　从而与温度变送器的范围一致。在实验室中用所设计的温度检测系统进行温度测量,获得的实验数据如表1(红外线测温仪作为参考),相应的曲线图如图2所示。
 
　　从表1和图2中可以看出,由于Pt100热电阻测温时存在滞后，所设计的四线Pt100温度检测系统测出的热水温度有3℃左右的误差(以红外线测温仪为参照),在结果上可适当补偿，获得比较正确的结果。
 
4结论
　　采用Pt100热电阻对环境温度进行采集,通过Jumo温度变送器把mv信号转换成4~20mA标准信号，再用西门子SIPART
　　DR20单回路调节器调节和显示设计的温度检测系统,不仅可以进行建筑物温度的检测作为建筑节能的参考,还可以应用于工业领域进行温度检测及调节的场合。基于实验应用和数据分析，可验证该系统具有易控制、工作可靠、测距精度高、可读性强和流程清晰等优点。