PT100温度测量研究

苏州大学本科生毕业设计（论文）

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目录

摘要·······················································（1）

Abstract···················································（1）

前言·······················································（1）

第一章 PT100·············································（2）

1.1 PT100阻值与温度的关系··································（1）

1.2 PT100的各种接线方式····································（3）

第二章 ATmega16微处理器··································（4）

2.1单片微机的发展··········································（4）

2.2 AVR单片机的特点········································（4）

2.3 AVR与51、PIC单片机的比较······························（5）

2.4 ATmega16的特性·········································（5）

2.5 ATmega16引脚说明·······································（8）

第三章 实验应用··········································（11）

3.1 恒流源的设计···········································（11）

3.2 A/D转换·················································（11）

3.3 PT100温度计算数据的处理································（14）

3.4 查表方法················································（17）

第四章 结论···············································（20）

参考文献····················································（21）

致谢························································（22）

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PT100温度测量研究

摘要

本文介绍了铂热电阻PT100的特性和PT100温度和阻值对应关系，采用16KB的8位AVR微控制器ATmega16协同工作。通过恒流源将采集到的信号转换成电压信号；再经过A／D转换成数字信号并由单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理，并换算成与温度对应的数字信号，最后再由LCD显示输出温度值。

关键字： PT100 、温度测量 、单片机

Abstract

This thesis introduces the features of platinum thermal resistance PT100, and the

corresponding relations between temperature and resistance on PT100.During the experiment,a

8bits(16kb)AVR microcontroller ATmega 16 is used. The signal is transformed into voltage

signal through a constant-current source; then the voltage signal is transformed into digital signal

by A/D, and read by a singlechip system; after that, the singlechip system puts the digital signal

into a recognition process, then transformed it into a digital signal which corresponds to the

temperature. In the end, the temperature value is displayed through a LCD screen.

Key words: PT100、Temperature measurement、SCM

前言

在工业生产过程中，温度一直都是一个很重要的物理参数，温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都受到了人们的普遍重视。随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场，新型的电子测温仪器不仅操作简单，而且精度比传统仪器有很大提高。目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻，例如铂热电阻PT100就是使用最广泛的传感器之一。本文介绍的就是PT100的温度研究。 苏州大学本科生毕业设计（论文）

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第一章 PT100

1．1 PT100的阻值与温度之间的关系

铂电阻是用很细的铂丝(Ф0.03～0.07mm)绕在云母支架上制成，是国际公认的高精度测温标准传感器。因为铂电阻在氧化性介质中，甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定，因此它具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。铂电阻在中温(-200～650℃)范围内得到广泛应用。目前市场上已有用金属铂制作成的标准测温热电阻，如PT100、PT500、PT1000等。它的电阻—温度关系的线性度非常好，如图1所示是其电阻—温度关系曲线，在-200～650℃温度范围内线性度已经非常接近直线。

由于铂电阻的测量精度、测量范围、线性度等特性都非常好，在工业生产中应用最广，市场上已有用金属铂制作成的标准测温热电阻，如PT100、PT500、PT1000等。本系统采用的是PT100，它的电阻—温度关系的线性度非常好，如图1.1所示是其电阻—温度关系曲线，在-200～650℃温度范围内线性度已经非常接近直线。

图1.1 PT100的电阻—温度关系曲线

铂电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：

在0～650℃范围内：

Rt =R0 (1+At+Bt2)………………………（1）

在-190～0℃范围内：

Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)…………（2）

式中A、B、C为常数， 苏州大学本科生毕业设计（论文）

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A=3.96847×10-3；

B=-5.847×10-7；

C=-4.22×10-12；

Rt为温度为t时的电阻值；R0为温度为0℃时的电阻值，对于PT100这种型号的铂热电阻，R0就等于100Ω，即环境温度等于0度的时候，PT100的阻值就是100Ω。

当温度变化的时候，通过以上电阻-温度表达式计算出环境的温度。但由于该表达式相对来说比较复杂，若用单片机处理这相的计算过程，将会占用大量的资源，程序的编写上也相当复杂，所以一般采用先查表再插值的方法。

。

1.2 PT100的各种接线方式

铂热电阻的使用，一般有三种接法，分别是二线制接法、三线制接法和四线制接法,如图1.2所示，不同的接法适应于不同的精度要不求。

Pt100恒流源AD采样R_LineR_LinePt100恒流源AD采样R_LineR_LineR_LinePt100恒流源AD采样R_LineR_LineR_LineR_Line

（a） 二线制 （b） 三线制 (c) 四线制

图1.2 PT100三种接线方式

1.二线制接法：如图2(a)所示，这种接法不考虑PT100电缆的导线电阻，将A/D采样端与电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测温电缆的电阻，因此只能适用于测温距离较近的场合。

2.三线制接法：如图2(b)所示,这种接法增加了用于A/D采样的补偿线，三线制接法消除了连接导线电阻引起的测量误差，这种接法适用于中等测温距离的场合。

3.四线制接法：如图2(c)所示，这种接法不仅增加了A/D采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线，这样可以近一步的减小测量误差，可以用于测温距离较远的场合。

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第二章 ATmega16微处理器

由于微电子技术和数字技术的飞速发展，二十多年来计算机、尤其是微型计算机及其应用技术取得极其广泛和深刻的进步。其中单片微机由4位、8位，迅速发展到16位、32位，在运算速率、总线控制、存储容量，接口功能及数量、开发工具、软件支持等方面都取得了长足的进步。单片微机具有体积小、价格低、高性能、应用开发简捷等优点，在工业控制、生产自动化、机械、电器、智能仪器仪表、信息家电、航空航天、通讯导航、汽车电子等领域，得到异乎寻常、日益广泛的应用。

2.1 单片微机的技术发展

1975年，4位单片机诞生，揭开了单片机的历史。

1976年，Intel公司的MCS-48系列单片机的出现，使单片机进入了8位机的历史阶段。几年后，Motorola公司、仙童公司、国家半导体公司和日立等公司也先后推出了8位单片机。这些单片机主要应用于工业控制及多机控制系统，用来满足各种对象的控制要求。

因此，单片机必须具有各种不同规格的接口，如传感器、各种驱动功率接口、数据的串/并接口。所以8位单片机在功能上有了很大的发展。

1983年，Intel公司又推出了16位单片机，如MC3-96系列产品。MC3-96系列集成度达到12万的晶体管/片。它的性能相当好。

近几年，有些公司又推出了32位单片机，如HITACHI公司的SH7000系列，NEC的MPD77230。这种单片机也称高级信号处理器。它被用作数字滤波、高速数据调制、高速控制、图像处理、图形传送、语音处理等。

2.2 AVR单片机的特点

单片机按CPU的处理能力分类目前有4位、8位、16位、32位，位数越高的单片机在数据处理能力和指令系统方面就越强，AVR、51、PIC都属于8位机。8位单片机也是目前应用最广泛的单片机，在各个领域上都可以看到它的身影。

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研制开发的一种新型的8位单片机，AVR单片机分抵挡的ATtiny系列、中档的AT90S系列、高档的ATmega系列，本站推荐初学者选择学习的芯片型号是ATmega48/88/168或者ATmega16；不推荐使用中档的AT90S系列，因为它们都是比较早期的产品，现在它们早已经停产了。