户用热量表温度传感器

　　1 引言

　　发展城市集中供热是节约能源、保护环境、改善人民生活质量的重要途径。国家建设部早在2000年就联合发改委等八部委，将集中供暖的民用建筑用热量表计量收费列入全国建筑节能“九五”计划和2010年的发展目标，并于2001年2月正式颁布了行业标准CJ128-2000，为研制开发符合中国国情的热量表提供了理论依据。户用热量表通常的测温范围为4~95℃，工作压力G 1.6MPa，作为民用产品，设计时在考虑成本的前提下，应尽力提高其测量精度。

　　热量表的工作系统如图1所示。热源供应的热水以较高的温度流入交换系统后以较低的温度流出，在此过程中，通过热量交换向用户提供热量。

　　由图1可知，对系统中进、回水温度的测量是热量表设计中不可缺少的部分。所以设计出测量精度高并且稳定性好的测量方法、选择合适的温度传感器对整体热量表的研发、设计、生产和使用具有十分重要的意义。

　　2 温度传感器的选择

　　热量表较常采用的微控制器是MSP430系列单片机，其测量精度要求较高时，必须使用复杂的调理电路、高位数的A/D转换器，使系统成本居高不下，难以普及使用。随着电子技术的发展，出现了很多功能完备、低功耗、低电压大规模集成电路，为设计长时间电池供电的高精度测温系统提供了硬件基础。STC12C5410AD单片机是宏晶科技生产的高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8~12倍，内部集成精密的连续自校准A/D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，可每秒采样8、16、32或128次，并且在单周期转换方式中的一次转换之后自动掉电，在空闲期间极大地减少了电流消耗。因此，可减少信号调理环节和显示环节的扩展，简化系统结构，降低系统功耗。

　　热量表的国家标准中对温度测量的要求很高，必须选用较为合适的温度传感器。综合各类温度传感器的特性比较，在650℃以下的低温地区一般选用热电阻作为温度传感器的首选对象，其中尤以铂电阻最佳。本热量表设计中的温度传感器选用了Pt1000铂电阻温度传感器。Pt1000具有结构简单、体积小、物理化学性能稳定、电阻温度系数分散性小、测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好、使用方便、不需冷端补偿、应用广泛等特点。

　　铂电阻的测温电路采用典型的电桥电路实现。本设计所采用的温度测量电路如图2所示。

　　铂热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，由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好、耐腐蚀等特点，被广泛用于中温(-200~650℃)范围的温度测量中。由于铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量带来了一定的误差，而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点，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。本测温仪通过采用查表线性化法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。误差可达到0.5级仪表的要求，提高了测温仪的整体性能。