pt1000

l        薄膜铂电阻系列

l         线绕陶瓷PC(玻璃PG)铂电阻

备注:承接各种非标阻值(如PT45、BA₁、BA₂等)和非标尺寸测温元件的定做

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pt100的应用

石油倾点温度测试PT100温度传感器的标定

摘要：作者设计了直径为3mm、长为27cm 的Pt100型传感器，根据0.10℃刻度的温度测试仪作为标定标准，利用软件来矫正其非线形失真，该产品实现对石油倾点温度信号的采集和标定。
关键词： Pt100传感器；电桥测温；石油倾点

一、引言

石油倾点温度是指管道内凝固态的原油开始融解流动的*低温度。国际上测试规程要求每隔2℃就要对其流动情况进行判断并测温，但由于石油运输管线很长，原油每升温1℃需要大量能源，因此对倾点温度测量的精度对油田节能有重大意义。我们选用Pt100温度传感器来完成对石油倾点温度的测量。

二、Pt100工作原理及其主要技术参数

Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为[1]：
（1）-200℃<t<0℃时，RPt100=100[1+At+Bt2+Ct3（t-100）] （1）
（2）0℃≤t≤850℃时，RPt100=100（1+At+Bt2） （2）

式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。

Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│）， B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；*小置入深度：热电阻的*小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

三、倾点温度测量原理：

1、原理方框图

根据倾点温度测试的国内外要求—温度每降2℃就要对油样的凝结情况进行检测，我们设计了测量过程（如图1）。

2、电桥采集数据的电路图及原理

Pt100电桥电路如图2所示。其中，R1﹑R2﹑R3﹑RPt100组成电桥，R1=R2=R3=R0。为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求Im<5mA，电桥电压Vbrg=1V。电桥输出压差为：

VD= （3）

令RPt100-R0=ΔR，则有：

VD= （4）

由Pt100温度/阻值对应关系式可知，当温度较低时，Pt100的阻值变化量ΔR相对于R0较小，则电桥输出压差为： VD= ，即VD正比于Pt100传感器的阻值变化量ΔR，也说明温度较低时，Pt100传感器的线性度良好；当温度较高时，ΔR/R0的值较大，Pt100传感器的线性度变差，此时要用软件来较正。

四、测量中的定量计算及误差分析

1、运算放大器放大倍数的确定

由传感器的温度和阻值关系式可知，当温度变化1℃时，Pt100的阻值变化约为0.38W，对应的电桥输出压差为：VD= =0.001V。

若采用8位A/D转换器，分辨率为0.0196V，则运算放大器的*小放大倍数应为20倍。若测温的上限定为85℃ （倾点温度一般小于该温度）， Pt传感器在85℃时的理论阻值为132.8W，电桥电压为1V，则VD= 0.08296V≈0.083V，即运放的*大放大倍数为60.3。综合上述，可限定运放的放大倍数应在20～60之间。

2、误差分析

（1）桥电压Vbrg=1V时波动产生的误差[2]

从上面的分析可知，在某一温度时，Pt﹑R0不变，设电桥电压有ΔVbrg（mV）的变化，就会导致VD有 （mV）的变化。在0℃时，ΔR=5W，则VD= =0.013ΔV(mV)；若令ΔVD=1mV，则ΔV=76mV，即0℃左右，电桥电压Vbrg有76mV波动，会引起1℃的温度误差；同理在85℃左右，电桥电压有10mV的波动，则会引起1℃的温度误差。可见电桥电压Vbrg=1V时的波动系数给对测温带来的误差是很大的，应将其电压波动限制在1mV的级别上。

（2）运放非线性产生的误差

由于运放的放大倍数应在20～60之间，可将放大倍数定为50；若测温范围是0℃～85℃，则在0℃时，VD=13mV；在85℃时，VD=99.5mV，说明输入信号的范围在13mV～99.5mV之间变化。以平均值50作为放大倍数，此时输入信号为13mV，换算出来的输入电压信号值为12.48mV，ΔVD=-0.52mV，将会引起约1.5℃的误差。由此可见运放的非线性将会带来大约1.5℃的误差，在实际测量中，提高运放线性度以及运放放大倍数均可以减少由运放带来的误差。

（3）A/D转换器非线性带来的误差

在实际应用中会发现，对同一模拟输入信号Vi，经A/D转换得出的数字量会有±1位的跳变，这是由A/D转换器的判断误差造成的。A/D转换器的一位跳变对应的电压值，即为该八位A/D转换器的分辨率，为0.0196V=19.6mV；折算到输入端对应的电压值为0.392mV，将会产生0.392℃的温度误差。

（4）A/D转换器参考电压Vref带来的误差

A/D转换器采用逐次逼近式转换器AD0809，其转换速度较慢，如果输入信号在转换过程中不断变化，则易发生错误，使用时应加采样保持器，且只对本次采样的信号进行转换，以确保转换信号可靠性。另外，在比较转换过程中，Vref的变化会对输出的二进制代码有影响。在模拟输入信号不变的情况下，若Vref变大，会导致输出的二进制代码变小；反之，则变大，从而导致了温度误差。

五、注意事项与结论

使用中应注意，由于热惰性会使热电阻阻值变化滞后，为消除误差，应尽可能地减少热电阻保护管外径，适当增加热电阻的插入深度使热电阻受热部位增加。要经常检查保护状况，发现氧化或变形应立即采取措施，并定期进行校验。热电阻应避免放置在炉旁或距加热体太近，应尽量安装在震动小的地方；同时为便于施工和维护。安装位置应尽可能保持垂直，但在有原油流动时则必须倾斜安装，接线盒出孔应向下。

由上面的分析可得，为了提高温度测量的准确性，应使用1V电桥电源﹑A/D转换器的5V参考电源要稳定在1mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器﹑A/D转换器和运放的线性度要高。同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在±0.2℃。

在CPU的应用

一般的温度传感器(无论是热敏电阻或IC温度传感器)都需要很长的时间才能够将热传导到传感器的核心部份。根据National内部的实验结果，从CPU把热传导到空气中，再从空气中传导到温度传感器中，这个过程至少需要20分钟以上的时间。如果散热片(Heat Sink)没装好或风扇没转，不到二分钟的时间，使用者的CPU可能就会烧毁。

　　所以，CPU厂商(Intel和AMD)将一颗3904埋入芯片中，我们称这颗3904为远程二极管（Remote Diode），因为它离温度传感器本身很远。于是在短短几个毫秒(mini-second)中，温度传感器便能**地侦测到CPU内部的温度了。现在的技术要能做到1℃的**度已经不是很难的事，而且会变成PC和笔记本计算机的一个重要的趋势。

　　在LM86(图1)的运用实例中，通常T_CRIT_A的输出信号用来做过温度保护的功能，我们称之为热保护（Thermal Shutdown）。好处是当Windows或某一个应用程序造成系统死机时，LM86还能保护整个系统。而Alert这个输出信号便可以做为软件中断，以达到ACPI规格的要求。另外，LM86除了能接到CPU的Remote Diode之外，本身内部还有一颗传感器（sensor），可以感测LM86所在的温度。所以，前面所提到的PC的系统温度和笔记本计算机的导热管，便可以使用LM86的本地传感器来侦测，不需要再花额外的成本去买另外一颗温度传感器。

　　* 绘图芯片或3D加速芯片 - LM26, LM88

　　通常绘图芯片也是不能被降频来执行的，否则画面会变成慢动作播放一般。那*好的方法还是加一散热风扇。在这里就有两个方式来激活和关闭风扇了，**个是便宜的做法，用LM26来侦测温度(如图2)，等达到某一个界限时便激活风扇，若温度降下来了，便自动关闭风扇。**是采LM88来设计时髦的4段变速风扇控制器(如图3)，让不同温度的状况能够有不同的转速。

　　* Power MOSFET - LM26

　　无论是PC的电源供应器或者是笔记本计算机中的DC-DC转换模块，内部都会有一颗很烫的Power MOSFET。虽然电源部份都有一个风扇随时在转动，但是我们必须设想一件事：万一风扇坏掉了，或者内部电路有发生短路的时候，怎么办？利用LM26的过温度保护功能，在极限温度时能够自动关闭电源而达到关闭（Shutdown）或甚至恢复（Recovery）的功能。

　　* PCMCIA - LM88

　　LM88本身并不被设计来做为风扇的4段变速控制器，而是能同时侦测二个待测物。一般笔记本计算机的PCMCIA插槽都有两个，所以LM88是用来侦测PCMCIA的*佳选择。由于LM88不需要用软件来控制，所以我们不用担心Windows死机或蓝屏幕(Blue Screen)的问题。

虽然在过去的PC和笔记本计算机中，温度传感器并不起眼，也没有工程师会去注意它的重要性，更不用说使用者能感觉到它的存在。但是，对整个系统这些重要芯片来说，它是很重要的保护者，尤其是当系统愈来愈高速且愈来愈热之后，它的重要性也会更加明显，并且能左右系统的稳定性。希望本文能够带给读者一个清晰的印象，究竟温度传感器在PC系统中是扮演哪些角色？也希望工程师在验证系统稳定性时，不妨考虑一下温度传感器的一些重要参数和功用。

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