l 薄膜鉑電阻系列
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型號
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外形尺寸
W×L×Hmm
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標稱(chēng)阻值
R0
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工作電流
mA
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引線(xiàn)尺寸
W×H×Lmm
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工作溫度
℃
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誤 差
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外形圖
mm
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CRZ-1632-100-Ni
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1.6×3.2×1.0
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100Ω
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1
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0.25×0.15×12
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-40～450
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1/3DIN
A
B
2B
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CRZ-2005-100-Ni
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2.0×5.0×1.0
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0.25×0.15×12
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-40～450
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CRZ-2005-100-Pd
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0.3×0.2×10
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-50～500
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CRZ-2005-1000-Ni
CRZ-2005-500-Ni
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500Ω
1000Ω
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0.5
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0.25×0.15×12
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-40～450
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ST-1003-Pt
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1.0×3.0×1.3
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20Ω
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1
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0.25×0.15×12
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-50～500
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l 線(xiàn)繞陶瓷PC(玻璃PG)鉑電阻
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型號
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外形尺寸
D×Lmm
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標稱(chēng)阻值R0
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工作電流mA
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引線(xiàn)尺寸
D×Lmm
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誤差
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工作溫度
℃
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外形圖
mm
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PC1612
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1.6×12
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100Ω
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5
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0.20×10
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A
B
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-200～600
-200～850
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PC1615
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1.6×15
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0.20×10
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PC1625
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1.6×25
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0.20×10
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PC2213
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2.2×13
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0.35×10
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PC2215
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2.2×15
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PC2515
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2.5×15
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PC3015
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3.0×15
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PC3025
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3.0×25
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備注:承接各種非標阻值(如PT45、BA1、BA2等)和非標尺寸測溫元件的定做。
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PT100溫度傳感器的應用
石油傾點(diǎn)溫度測試PT100溫度傳感器的標定
摘要：作者設計了直徑為3mm、長(cháng)為27cm 的Pt100型傳感器，根據0.10℃刻度的溫度測試儀作為標定標準，利用軟件來(lái)矯正其非線(xiàn)形失真，該產(chǎn)品實(shí)現對石油傾點(diǎn)溫度信號的采集和標定。
關(guān)鍵詞： Pt100傳感器；電橋測溫；石油傾點(diǎn)
一、引言
石油傾點(diǎn)溫度是指管道內凝固態(tài)的原油開(kāi)始融解流動(dòng)的*低溫度。國際上測試規程要求每隔2℃就要對其流動(dòng)情況進(jìn)行判斷并測溫，但由于石油運輸管線(xiàn)很長(cháng)，原油每升溫1℃需要大量能源，因此對傾點(diǎn)溫度測量的精度對油田節能有重大意義。我們選用Pt100溫度傳感器來(lái)完成對石油傾點(diǎn)溫度的測量。
二、PT100溫度傳感器工作原理及其主要技術(shù)參數
Pt100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數關(guān)系的特性來(lái)進(jìn)行測溫，其溫度/阻值對應關(guān)系為[1]：
（1）-200℃<t<0℃時(shí)，RPt100=100[1+At+Bt2+Ct3（t-100）] （1）
（2）0℃≤t≤850℃時(shí)，RPt100=100（1+At+Bt2） （2）
式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。
Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數如下：測量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15＋0.002│t│）， B級±（0.30＋0.005│t│）；熱響應時(shí)間<30s；*小置入深度：熱電阻的*小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。
三、PT100溫度傳感器傾點(diǎn)溫度測量原理：
1、原理方框圖
根據傾點(diǎn)溫度測試的國內外要求—溫度每降2℃就要對油樣的凝結情況進(jìn)行檢測，我們設計了測量過(guò)程（如圖1）。
2、電橋采集數據的電路圖及原理
Pt100電橋電路如圖2所示。其中，R1﹑R2﹑R3﹑RPt100組成電橋，R1=R2=R3=R0。為了避免流過(guò)Pt100傳感器的電流過(guò)大使其發(fā)熱進(jìn)而導致非線(xiàn)性失真增大，電橋電壓不宜太高，一般要求Im<5mA，電橋電壓Vbrg=1V。電橋輸出壓差為：
VD= （3）
令RPt100-R0=ΔR，則有：
VD= （4）
由Pt100溫度/阻值對應關(guān)系式可知，當溫度較低時(shí)，Pt100的阻值變化量ΔR相對于R0較小，則電橋輸出壓差為： VD= ，即VD正比于Pt100傳感器的阻值變化量ΔR，也說(shuō)明溫度較低時(shí)，Pt100傳感器的線(xiàn)性度良好；當溫度較高時(shí)，ΔR/R0的值較大，Pt100傳感器的線(xiàn)性度變差，此時(shí)要用軟件來(lái)較正。
四、PT100溫度傳感器測量中的定量計算及誤差分析
1、運算放大器放大倍數的確定
由傳感器的溫度和阻值關(guān)系式可知，當溫度變化1℃時(shí)，Pt100的阻值變化約為0.38W，對應的電橋輸出壓差為：VD= =0.001V。
若采用8位A/D轉換器，分辨率為0.0196V，則運算放大器的*小放大倍數應為20倍。若測溫的上限定為85℃ （傾點(diǎn)溫度一般小于該溫度）， Pt傳感器在85℃時(shí)的理論阻值為132.8W，電橋電壓為1V，則VD= 0.08296V≈0.083V，即運放的*大放大倍數為60.3。綜合上述，可限定運放的放大倍數應在20～60之間。
2、誤差分析
（1）橋電壓Vbrg=1V時(shí)波動(dòng)產(chǎn)生的誤差[2]
從上面的分析可知，在某一溫度時(shí)，Pt﹑R0不變，設電橋電壓有ΔVbrg（mV）的變化，就會(huì )導致VD有 （mV）的變化。在0℃時(shí)，ΔR=5W，則VD= =0.013ΔV(mV)；若令ΔVD=1mV，則ΔV=76mV，即0℃左右，電橋電壓Vbrg有76mV波動(dòng)，會(huì )引起1℃的溫度誤差；同理在85℃左右，電橋電壓有10mV的波動(dòng)，則會(huì )引起1℃的溫度誤差?？梢?jiàn)電橋電壓Vbrg=1V時(shí)的波動(dòng)系數給對測溫帶來(lái)的誤差是很大的，應將其電壓波動(dòng)限制在1mV的級別上。
（2）運放非線(xiàn)性產(chǎn)生的誤差
由于運放的放大倍數應在20～60之間，可將放大倍數定為50；若測溫范圍是0℃～85℃，則在0℃時(shí)，VD=13mV；在85℃時(shí)，VD=99.5mV，說(shuō)明輸入信號的范圍在13mV～99.5mV之間變化。以平均值50作為放大倍數，此時(shí)輸入信號為13mV，換算出來(lái)的輸入電壓信號值為12.48mV，ΔVD=-0.52mV，將會(huì )引起約1.5℃的誤差。由此可見(jiàn)運放的非線(xiàn)性將會(huì )帶來(lái)大約1.5℃的誤差，在實(shí)際測量中，提高運放線(xiàn)性度以及運放放大倍數均可以減少由運放帶來(lái)的誤差。
（3）A/D轉換器非線(xiàn)性帶來(lái)的誤差
在實(shí)際應用中會(huì )發(fā)現，對同一模擬輸入信號Vi，經(jīng)A/D轉換得出的數字量會(huì )有±1位的跳變，這是由A/D轉換器的判斷誤差造成的。A/D轉換器的一位跳變對應的電壓值，即為該八位A/D轉換器的分辨率，為0.0196V=19.6mV；折算到輸入端對應的電壓值為0.392mV，將會(huì )產(chǎn)生0.392℃的溫度誤差。
（4）A/D轉換器參考電壓Vref帶來(lái)的誤差
A/D轉換器采用逐次逼近式轉換器AD0809，其轉換速度較慢，如果輸入信號在轉換過(guò)程中不斷變化，則易發(fā)生錯誤，使用時(shí)應加采樣保持器，且只對本次采樣的信號進(jìn)行轉換，以確保轉換信號可靠性。另外，在比較轉換過(guò)程中，Vref的變化會(huì )對輸出的二進(jìn)制代碼有影響。在模擬輸入信號不變的情況下，若Vref變大，會(huì )導致輸出的二進(jìn)制代碼變??；反之，則變大，從而導致了溫度誤差。
五、PT100溫度傳感器注意事項與結論
使用中應注意，由于熱惰性會(huì )使熱電阻阻值變化滯后，為消除誤差，應盡可能地減少熱電阻保護管外徑，適當增加熱電阻的插入深度使熱電阻受熱部位增加。要經(jīng)常檢查保護狀況，發(fā)現氧化或變形應立即采取措施，并定期進(jìn)行校驗。熱電阻應避免放置在爐旁或距加熱體太近，應盡量安裝在震動(dòng)小的地方；同時(shí)為便于施工和維護。安裝位置應盡可能保持垂直，但在有原油流動(dòng)時(shí)則必須傾斜安裝，接線(xiàn)盒出孔應向下。
由上面的分析可得，為了提高溫度測量的準確性，應使用1V電橋電源﹑A/D轉換器的5V參考電源要穩定在1mV級；在價(jià)格允許的情況下，Pt100傳感器﹑A/D轉換器和運放的線(xiàn)性度要高。同時(shí)，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在±0.2℃。
在CPU的應用
一般的溫度傳感器(無(wú)論是熱敏電阻或IC溫度傳感器)都需要很長(cháng)的時(shí)間才能夠將熱傳導到傳感器的核心部份。根據National內部的實(shí)驗結果，從CPU把熱傳導到空氣中，再從空氣中傳導到溫度傳感器中，這個(gè)過(guò)程至少需要20分鐘以上的時(shí)間。如果散熱片(Heat Sink)沒(méi)裝好或風(fēng)扇沒(méi)轉，不到二分鐘的時(shí)間，使用者的CPU可能就會(huì )燒毀。
所以，CPU廠(chǎng)商(Intel和AMD)將一顆3904埋入芯片中，我們稱(chēng)這顆3904為遠程二極管（Remote Diode），因為它離溫度傳感器本身很遠。于是在短短幾個(gè)毫秒(mini-second)中，溫度傳感器便能**地偵測到CPU內部的溫度了?，F在的技術(shù)要能做到1℃的**度已經(jīng)不是很難的事，而且會(huì )變成PC和筆記本計算機的一個(gè)重要的趨勢。
在LM86(圖1)的運用實(shí)例中，通常T_CRIT_A的輸出信號用來(lái)做過(guò)溫度保護的功能，我們稱(chēng)之為熱保護（Thermal Shutdown）。好處是當Windows或某一個(gè)應用程序造成系統死機時(shí)，LM86還能保護整個(gè)系統。而Alert這個(gè)輸出信號便可以做為軟件中斷，以達到ACPI規格的要求。另外，LM86除了能接到CPU的Remote Diode之外，本身內部還有一顆傳感器（sensor），可以感測LM86所在的溫度。所以，前面所提到的PC的系統溫度和筆記本計算機的導熱管，便可以使用LM86的本地傳感器來(lái)偵測，不需要再花額外的成本去買(mǎi)另外一顆溫度傳感器。
* 繪圖芯片或3D加速芯片 - LM26, LM88
通常繪圖芯片也是不能被降頻來(lái)執行的，否則畫(huà)面會(huì )變成慢動(dòng)作播放一般。那*好的方法還是加一散熱風(fēng)扇。在這里就有兩個(gè)方式來(lái)激活和關(guān)閉風(fēng)扇了，**個(gè)是便宜的做法，用LM26來(lái)偵測溫度(如圖2)，等達到某一個(gè)界限時(shí)便激活風(fēng)扇，若溫度降下來(lái)了，便自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇。**是采LM88來(lái)設計時(shí)髦的4段變速風(fēng)扇控制器(如圖3)，讓不同溫度的狀況能夠有不同的轉速。
* Power MOSFET - LM26
無(wú)論是PC的電源供應器或者是筆記本計算機中的DC-DC轉換模塊，內部都會(huì )有一顆很燙的Power MOSFET。雖然電源部份都有一個(gè)風(fēng)扇隨時(shí)在轉動(dòng)，但是我們必須設想一件事：萬(wàn)一風(fēng)扇壞掉了，或者內部電路有發(fā)生短路的時(shí)候，怎么辦？利用LM26的過(guò)溫度保護功能，在極限溫度時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)閉電源而達到關(guān)閉（Shutdown）或甚至恢復（Recovery）的功能。
* PCMCIA - LM88
LM88本身并不被設計來(lái)做為風(fēng)扇的4段變速控制器，而是能同時(shí)偵測二個(gè)待測物。一般筆記本計算機的PCMCIA插槽都有兩個(gè)，所以L(fǎng)M88是用來(lái)偵測PCMCIA的*佳選擇。由于LM88不需要用軟件來(lái)控制，所以我們不用擔心Windows死機或藍屏幕(Blue Screen)的問(wèn)題。
雖然在過(guò)去的PC和筆記本計算機中，溫度傳感器并不起眼，也沒(méi)有工程師會(huì )去注意它的重要性，更不用說(shuō)使用者能感覺(jué)到它的存在。但是，對整個(gè)系統這些重要芯片來(lái)說(shuō)，它是很重要的保護者，尤其是當系統愈來(lái)愈高速且愈來(lái)愈熱之后，它的重要性也會(huì )更加明顯，并且能左右系統的穩定性。希望本文能夠帶給讀者一個(gè)清晰的印象，究竟溫度傳感器在PC系統中是扮演哪些角色？也希望工程師在驗證系統穩定性時(shí)，不妨考慮一下溫度傳感器的一些重要參數和功用。