热敏传感器论文光纤温度传感器论文

基于热敏电阻的新型温度检测装置研究与实现* 基于热敏电阻的新型温度检测装置研究与实现* 刘二林1 ，姜香菊2 （1 兰州交通大学 甘肃兰州，730070） （2 兰州交通大学自动化与电气工程学院 甘肃兰州，730070） 摘 要：将温度传感器采集得到的信号经 A/D 转换器转换，然后送往单片机进行处理从而得到相应的温度值 是目前温度检测的常用方法。本设计一改传统的设计模式，利用单片机P 1 口的电路特殊性，设计出一种温度检测 装置，并对此进行了误差分析。此电路设计结构简单，测量精度较高，有很强的实际应用价值。 关键 词：单片机；热敏电阻；温度检测 Abstract: The common method of temperature measurement is capturing the signal by A / D converter and then is processed by Single-chip. The design Changes the traditional design pattern, which uses A / D converter to measure. It uses P1 to capture the signal and then temperature is got through calculation by Single-chip. It is showed that the design is reasonable through error analysis. This design circuit is simple, measurement precision is high and the practical application is strong value. Key words: Single-chip ; Thermistor ; Temperature measurement 中图分类号：TP216 文献标识码：B 文章编号：1001-9227(2010)02-0084-03 0 引 言 温度是化工行业生产中常见的和最基本的工艺参数 之一，任何物理变化和化学变化的过程都与温度密切相 关，与之相对应，温度检测装置的设计也层出不穷的出 由热敏电阻的 B 值公式为： (1) 现。目前，随着市场的需要，化工教学实验仪器产业飞速 发展，从而使化工教学实验仪器厂家对温控仪的控制精度 及可靠性方面的要求不断提高。例如恒温水浴槽（河南英 峪予华仪器厂产品），其控制的精度一般要达到0.1 °，在 这种情况下，设计者就不得不考虑在降低成本的情况下如 何来提高精度，从而满足客户的需求。本设计就是针对温 控仪的温度检测部分进行的改进。 1 传统的温度检测装置分析（以热敏电阻为例） 1.1 传统的电路设计及公式推导 传统的温度检测装置一般由热敏电阻、放大及调理 电路、A/D 转换器、MCS-51 系列单片机芯片等几部分组成， 其电路框图如图 1 所示。其原理是把热敏电阻两端的电压 值（模拟量）经过A/D 转换器（变为数字量）送到单片机中， 然后再通过公式求得温度值。 收稿日期:2009-11-18 * 甘肃省自然科学基金项目(0803RJZA015) 式中，B 为NTC 热敏电阻的B 值，由厂家提供(同时，厂 家也会提供额定零功率电阻值阻值R 25 )； T1、T2 为绝对温标； RT1、RT2 为热敏电阻在温度分别为T1 、T2 时的电阻值。 由式(1)式可得： (2) 由B 值定义可知，在T1=298.15K（在25℃时的热力学温 度）时，RT1 =R 1 ，设温度为T2 时热敏电阻的分压值为V2 ，则 (3) 由式(3)可得 (4) 将式(4)代入式(2)得 (5) 所以 (6) 假设8 位ADC 输出值为N，则 ， 换算为摄氏温度后则T=T2-273.15。 1.2 电路在设计方面存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 从电路设计上我们可以看出其设计弊端为：①电路 较为复杂，这会增加成本、降低可靠性。②ADC 输入端口有 限，限制了多点测量。 《自动化与仪器仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 》2010 年第 2 期（总第 148 期） 当然，目前大多数单片机带有A/D 转换器，这在某种 程度上简化了电路的设计，但是还是没有彻底解决电路复 杂的问题。 1.3 电路在误差方面存在的问题 ①因为传统的设计使用了 A/D 转换等元器件，所以， 在具体设计的过程中就可能出现热敏电阻的输出小于A/ D 转换的输入值。为了解决这种问题，就需要降低A/D 转换 器的精度。 ② A/D 转换器自身存在的误差及分辨率问题。 ③由于电路复杂，使用的元器件较多。这样就不可避 免的存在热敏电阻存在的误差、运算放大存在的误差、增 益设置电阻存在的误差、电压基准误差、假定的恒定电流 存在的误差等。这么多的误差势必会使测温电路整体误差 变大，进而超出测量允许误差范围。 2 新型温度检测装置的硬件设计 2.1 设计的基本原理 为了解决上述问题，设计提出了一个全新的设计方 案。这个方案用的也是热敏电阻和8051 单片机，但是省去 了 A/D 转换这个 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 ，结构简单，容易实现。具体原理如 下： 在电容的各种状态相同的情况下（主要指电容的电 压）先给电容 C 充电，用热敏电阻 R 1 和电容相串联并给电 容放电，并用单片机内部的定时器 / 计数器对电容放电时 间进行计数，并计算出放电时间T 1 ’；同理，用精密电阻R 2 和电容相串联，在相同条件下给电容放电从而计算出另一 个放电时间T 2 ’。 由电容放电公式： （Uc 与 U 以伏计，T 以秒 计，R 以欧姆计，C 以法计）可知：由于通过R1 和R2 对电容放 电是采用同一个电容放电，所以 U c 与 U 相同，进而可以得 到 出特性可知，P1 口在输入低电平时范围为（-0.5V～0.8V）， 在输出高电平时为2.4V。由公式 可以看出，假 设U 为2.4 伏特，U 为0.8 伏特，则e-T/RC=0.333，所以T=1. 099*RC。由此可看出，只要我们适当调整电阻及电容的取 值就可以得到适当的时间。 图2 检测装置的硬件电路 3 新型温度检测装置软件设计 首先将P1.0 与P1.1 口设置为输入状态，将P1.2 设置 为高电平输出，并延迟一定时间，让P1.2 充分给电容充电 至电容的电压达到高电平（2.4V 左右）。然后将P1.2 设置 为输入状态，将P1.0 设置为输入状态，P1.1 设置为低电平 输出，并启动定时器/ 计数器。当P1.2 的输入由高电平变 为低电平时，停止计时并读取定时器 / 计数器的值，计算 出放电时间T 1 ’。同理，再次通过P1.2 给电容充电，并通过 P1.1 给电容放电，并获得放电时间T 2 ’。最后利用式(8) 计 算出所求值，其软件流程图如图 3 所示。 由式(1)和式(7)可得 又因为R2 =RT1，T2 ’及T1’由单片机测出。所以 (7) (8) 在本设计中，组件参数为C=100×10-6F，R1=10k（R 为 热敏电阻在25 摄氏度时的阻值，精度为1%) ，B=3000k ， R2=10k（精密电阻，精度为0.1%）。 2.2 硬件电路设计 检测装置硬件电路如图2 所示，在设计中，用P1.0 与 热敏电阻R1 端相连，用P1.1 与精密电阻R2 端相连，P1.2 口 则用于给电容C 充电。 在具体计算过程中，必须使放电时间保持在一定范 围内以方便计算，所以，应该对电阻及电容的取值进行设 定，从而得到合适的放电时间。由51 系列单片机的输入输 4 温度检测装置的误差估算 由式(7)知，热敏电阻阻值与T1 ’、R2 、T2’三个参数有 关。由三元 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数Y=F(X1,X2,X3)的误差传递基本公式 可知 85 (9) 对于同一个51 单片机来说，其定时精度是一样的，所 以由 可以得到： (10) 由式(7)和式(10)可得 (11) 所以，通过分析可知，R 1 的测量误差仅与R 2 的误差有 关。同时又因为热敏电阻R 1 在测量温度时自身会存在误 差，所以对于同一系统可以将两种误差算术相加从而得到 最终误差。由此可看出，假定选取精度足够的精密电阻， 便可以得到相应精度的测量温度。 5 设计的创新点 基于热敏电阻的新型温度检测装置研究与实现 刘二林，等 从以上叙述可以看出，设计一改以往的设计模式，仅 用单片机及热敏电阻就实现了温度的测量，简单，实用。 同时，从精度上看，测量电阻的误差仅与电阻的精度及单 片机的计时精度有关，在某种程度上提高了设计的精度。 当然，电容放电公式中的R 指的是电路中的全部电阻（包 括电源内部电阻），但是当设计时采用较大的电阻时，则 可用大电阻的阻值代替回路的电阻，这虽然会对整体的计 算有一定的影响，但是影响不大。 参考文献 1 张开生,郭国法.MCS-51单片机温度控制系统的设计[J].微计算 机信息,2005(21-7):68～70 2 程 真.一种多路温度检测系统设计[J].商业现代化,2007(7): 23 3 刘 军,李建伟,李慧琴.基于模糊PID 的通用中档单片机[J].科 学技术与工程,2007(8):3934～3936 4 徐 崇,李 志.热敏电阻的性能指标B 对温度T 特性的影响[J]. 鞍山科技大学学报,2007(6):236～238 86