WZP-24SA隔爆铂电阻测温仪的设计与实现

铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确高、测量范围大、复现性和稳定性好等，被广泛用于中温（-200℃～650℃）范围的温度测量中。   

但在这种检测电路中，不平衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给zui后的温度测量带来了一定的误差。早期通常采用硬件电路来减小这种误差。但硬件法不但增加了电路的复杂性，而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点，所以往往难以达到较高的指标要求。因此，在系统的设计上引入与检测技术直接相关的数据处理算法，即软件算法来实现线性化处理的要求，可以有效地提高系统的精度，降低成本。   

WZP-24SA隔爆铂电阻测温仪通过采用查表线性化得出温度各点对应的A/D转换值，并且利用软件算法实现了电路中各参数的自适应调整选取，在尽可能提高分辨率的情况下使设计的电路在给定的温度范围内各点的分辨率近似相等，从而方便了硬件电路的设计和电阻的选取，也减小了铂电阻测温电路的非线性误差。   

1 系统结构   

测温仪的系统硬件结构，考虑到功耗及整机的精度和价格等问题，铂电阻测温仪的单片机控制器采用ENC的8位78K0系列单片机，并启用了看门狗功能，以提高测温义的抗干扰性能。测温系统采用不平衡电桥测量铂电阻随温度变化的电压信号，经过放大、A/D转换后，送到单片机中进行处理和显示。采集时显示zui值温度，超过设定值则报警。本测温仪通过USB接口与PC机连接，上位机负责设置采集开始时间、采集间隔时间等参数，并读取下位机数据，进行数据分析和处理。   

2 系统硬件设计   

上海自动化仪表三厂的铂电阻的测温电路采用典型的铂电阻电桥电路，该测温仪的测温电路采用软件算法中的查表线性化方法，利用软件算法对电路参数进行自适应调整选取，在保证高分辨率的情况下，使得在给定的温度范围内各点的分辨率近似相等，误差可达到0.5级仪表的要求，提高了测温仪的整体性能。    

输出的U5将被送到A/D转换器转换为数字量，然后由微处理器读入再进行处理。通过对温度测量电路的数字分析可以得出，U5和Us是*成正比的。因此，在设计中将Us设为A/D转换过程中的参考电压。这样，即使Us有所变化，也不会影响A/D转换器的转换结果。    由于将Us设为了参考电压，为了zui大化测量的分辨率，希望U5的输出在温度低*向0V靠拢，而在温度高*向Us靠拢。这样，首先存在的一个问题便是运算放大器的输出问题。通常，运算放大器的输出并不等于电源电压，因为存在一个饱和问题，这样便降低了整个电路的测量分辨率。上海自动化仪表股份有限公司在实际设计中，使用的是Rail-to-Rail的运算放大器，即输出上限可以达到电源电压，而下降可以达到0V。这一点对于整个电路来讲是非常关键的。

3 系统软件   

系统的软件分为上位机即PC端软件和下位机即单片机模块的软件两部分。下位机由于采用的是NEC的78K0系列单片机，因此编译调试环境为NEC的Project Manager和ID78K0，程序均用NEC单片机的C语言编写；上位机使用Visual Basic语言编写。  

上位机主要负责初始参数的设置以及数据采集完以后的数据统计及保存。   

测温仪初始化时，需要和上位机连接，然后通过上位机软件来确定测温开始时间、测温总时间、温度报警zui大值和zui小值以及采样间隔时间等参数；测温仪完成一次参数采集后，可以将数据传送到上位机，通过上位机软件来画出温度数据的波形，进行统计分析，然后将数据存储在PC机中。由于测温仪外扩了256K的EEPROM24C256，基本上可以满足多次测温的要求。   

 下位机主要负责温度采集。首先用户通过上位机软件来设定温度采集的开始时间、采集时间间隔以及报警温度等各个参数，然后开始采集温度数据。采集时显示zui值温度，当温度超出报警温度值时，蜂鸣器发出报警信号。   

该测温仪已经投入生产，应用在食品等生产运输过程的温度监控中。铂电阻测温电路的查表线性化的方法，自适应调整选取了电路参数，减少了铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性以及不平衡电桥中非线性特性所引起的系统访问，使得系统误差达到0.5级仪表的要求，提高了测温仪的整体性能，可以满足一些对温度变化比较敏感的食品加工等场合的温度监控的需求。