温度传感器的设计温度传感器的设计

温度传感器是一种重要的物理量检测设备，广泛应用于各个领域，如工业生产、环境监控、家用电器等。本设计重点讨论的是PT100铂电阻温度传感器的设计，它以其高稳定性、良好的线性特性以及宽广的工作温度范围（-200℃至650℃）而受到青睐。本电路设计中，PT100被限制在-19℃至500℃的温度区间内工作。 电路设计主要包括两个部分：传感器前置放大电路和单片机A/D转换及显示、控制、软件非线性校正。前置放大电路通过简单的接法，即通过3K92电阻将PT100连接到系统5V电源，虽然这种接法可能导致非线性问题，但由于有单片机的软件校正功能，可以简化硬件设计。 在PT100的工作区间，其阻值会随温度变化，例如在0℃时为100.00Ω，500℃时为280.9Ω。利用串联分压原理，可以计算出不同温度下的输出电压。通过单片机的10位A/D转换器，最大显示值为1023，为了确保在500℃时显示500字，需要对原始输出电压进行放大。放大倍数计算公式为(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压，其中Vcc为系统供电电压（5V）。实际计算时，由于500℃对应的实际A/D转换值为450，所以放大倍数约为10.47。电路采用了两级运算放大器，后级固定放大5倍，前级放大约为2.09倍，通过精密微调电位器进行细调，确保准确放大。 在温度测量电路中，通常需要“调零”和“调满度”电位器，但本设计中仅使用了一个“调零”电位器，因为一旦“零度”调整准确，整个工作范围内的显示都将正确，包括满度时的最大显示。单片机程序会自动减掉“零度”值，从而得到有效数值。 对于供电电压变化的影响，只要在一定范围内（如20%），由于单片机A/D基准与供电电压同步变化，测量准确度不会受到影响。信号经传感器前置放大电路输出后，进入HT46R23单片机的A/D转换端口，通过软件非线性校正，将输入信号根据不同的温度段乘以相应的补偿系数，以接近理论值。补偿系数表仅展示了部分数据，实际应用中需要覆盖整个温度范围。 本设计巧妙地结合了硬件和软件，通过合理选择放大倍数、精确的电位器调整和软件非线性校正，实现了PT100温度传感器的高效、准确测量。这样的设计方案不仅简化了硬件结构，还提高了系统的稳定性和精度。