多路温度检测仪的设计

　　1　引言

　　温度是工业生产过程中最普遍、最重要的操作参数之一。温度检测和控制都直接与安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系,因此温度检测类仪表作为温度计量工具,也得到广泛地应用。多路温度的测量在工业及民用领域中一直是量大面广的仪器之一。但目前的多路温度检测仪大多采用接口简单的数字式温度传感器,其测温范围小,一般只有-55~+125℃,而且其测量精度也相对较差,最优达到0·5℃。

　　针对以上问题,本文设计了多路宽量程高精度温度检测仪,其前向的温度传感部分采用精度高体积小的PT100型铂热电阻,可将测温范围提高到-50~+600℃,信号调理部分采用由运放构成的恒流电路及性能优异的仪用放大器AD623,所得到的与温度变化成线性关系的模拟电压信号输入到高精度的模数转换器,输出的数字量供CPU完成一系列的运算和控制功能。这里采用12位分辨率的ADC芯片TLC2543,使测温精度有了显著提高。

　　2　电路结构和工作原理

　　整个系统以单片机89C51为核心完成温度的巡测、显示及温度的超限报警功能。正常工作时,5位LED显示器循环显示路数及相应温度值。当测量温度超限时,LED只在超限路数内显示,其他各路的测量继续,并送出保护触点信号或提供声光报警输出。系统电路原理图如图1所示。

　　3　硬件设计

　　(1)温度传感器的选择

　　为扩展测温范围,在此应选择PT100型铂热电阻,其电阻值随温度的变化而变化,电阻值与温度的对应关系由出厂时的分度表决定,基本成线性关系。

　　(2)信号调理电路的设计

　　信号调理电路主要包括信号采样电路、开关切换电路、放大电路等。

　　由运放OP07构成的恒流电路将电阻值的变化转变成电压值的变化,恒流电路为1·25 mA,得到的电压变化只是几百mV的信号,需要进一步放大才能进入模数转换。这里的放大采用单电源仪表放大器AD623将mV级信号放大到0~5 V范围内。测温元件PT100应从硬件电路板上引出,且电阻值在几十到几百Ω范围内变化。这时导线的阻值不容忽略,采用一般的两线制接法如图2所示,必然会引入较大的测量误差,故应采用如图3所示的四线制接法。

　　当然对于多路温度信号的测量,应在AD623放大之前加一多路开关(如CD4052),由CPU来控制选择某路的电压信号。多路开关放大AD623放大器之前还是之后由仪器的成本决定,位于放大器之后必然会引起增加使用仪用放大器的数量,使设备成本增加,也没有这种必要。在此多路开关前置,因为所选用的多路开关芯片能方便地在毫伏级信号间进行切换。