一种适用于MF53 热敏电阻的温度变送器

yu9988

传统的铂电阻温度传感器由于基准温度阻值低，温度- 阻值变化率小，当远距离传输时，受导线电阻的影响，无法保证测量的精确性，因此，当用铂电阻作为温度传感器时，生产、制造商需将传感器与变送器制造为一体化，以解决导线电阻对其产生的影响。但是这样一来，变送器工作时，有源元件产生的热量又返回来影响传感器测量的准确性。对于环境温度控制精度要求在±0.1℃～ ±0.5℃的控制系统，这部分热量的影响对于高精度空调控制系统会造成控制失调，它所产生的温升必须小于0.05℃，否则整个控制系统将不能保证误差在±0.1℃～ ±0.5℃的控制精度要求。若要解决变送器有源元件工作时产生的热量对传感温升造成的影响，则需将其分置。
[0003] 铂电阻Pt100 或Pt1000 温度传感器与变送器分置安装，其铂电阻存在两大不足之处：
[0004] 1. 阻值/ 温度变化率小，只有0.39Ω/℃ ；
[0005] 2. 基准电阻值偏低，Pt1000，在0℃时的电阻只有1000Ω ；尤其是Pt100，在0℃时的电阻只有100Ω ；
[0006] 如果采用0.75mm2 铜导线，传输距离20m，此时导线电阻为0.91Ω，它所产生的温度偏差达到2.3℃ ；每米距离所产生的温度偏差为0.115℃。从控制理论上说，测量精度要高于控制精度一个量级，才能有效保证控制精度，所以至少要保证这部分偏差小于0.05℃，这样就必须将导线长度精确到0.5m 以下，这在实际工程实施中很难做到。
发明内容
[0007] 本发明正是针对上述现有技术中存在问题而设计提供了一种适用于MF53 热敏电阻的温度变送器，其目的主要是解决变送器中MF53 的线性化，其次是要解决高精度测量情况下，变送器供电电源稳定性和变送器输出范围所对应控制器的输入范围。
[0008] 通过对MF53 的温度- 阻值对应关系的研究，发现它在室温段的曲线斜率相对变化较小，必须通过线性化处理解决解决它的非线性问题，同时还要保证阻值/ 温度变化率保持在较高的水平上，才能够满足高精度的室温检测。通过计算我们可得到下表所对应的关系：
[0009]温度 计算阻值 线性化后电阻
             15 4340.843 1460.034
             16 4162.522 1439.295
             17 3992.68 1418.432
             18 3830.865 1397.462
             19 3676.649 1376.401
             20 3529.63 1355.268
             21 3389.431 1334.08
             22 3255.695 1312.854
             23 3128.085 1291.606
             24 3006.286 1270.355
             25 2890 1249.116
             26 2778.945 1227.906
             27 2672.854 1206.742
             28 2571.479 1185.639
             29 2474.582 1164.613
             30 2381.94 1143.679
             31 2293.341 1122.85
             32 2208.586 1102.142
             33 2127.487 1081.568
             34 2049.866 1061.14
             35 1975.552 1040.872
[0010] MF53 经过线性化处理，每度阻值变化约为21Ω，在15℃～ 35℃区间线性度为0.5‰，在高精度空调常用的温度控制段20℃～ 25℃，按照线性化后的测量精度的理论误差0.05‰，完全可以满足控制精度为±0.1℃的测量要求。
[0011] 其次，变送器的电源是影响测量精度的另一个主要因素，因此在变送器的桥路供电问题上必须予以重视，为了保证桥路电源的稳定性，采用二次精密稳压，以保证桥路供电的稳定。
[0012] 考虑到控制器的接收信号范围，该变送器还包括输出电压量程改变电路，用精密多圈电位器进行调解，将输出信号迁移到所需范围。
[0013] 通过上述研究，本发明提出了以下的技术方案：
[0014] 该种适用于MF53 热敏电阻的温度变送器，包括稳压电源、精密电桥、差动变换电路、滤波电路、放大电路和输出电路，其特征在于：在精密电桥是由电阻R1、R2、R3 和R4 组成的桥电路，在该桥电路中跨接一个稳压二极管D，稳压二极管D 的一端与精密电桥中R1 和R3 的接点连接，稳压二极管D 的另一端与精密电桥中R2 和R4 的接点连接，热敏电阻Rt 与R1 并联，对其MF53 热敏电阻的某一段非线性特性进行一次校正，使R1 和Rt 并联后的物理参数的非线性误差控制在1‰以内；然后再利用稳压二极管D 的正向特性曲线，对精密电桥桥路输出电压进行二次修正，使桥路输出电压与温度变化成线性关系，R1 和稳压二极管D构成线性化电路，R1 的取值为2KΩ ～ 2.4KΩ。
[0015] 在输出电路的输入端连接一个量程迁移电路。
[0016] 稳压电源中的AC/DC 变换器A1 连接到差动变换电路、放大电路和输出电路，稳压电源还连接一个二次稳压电源，二次稳压电源主要包括两个三端稳压器A2 和A3，A2 和A3为精密电桥和量程迁移电路供电。
[0017] 本发明技术方案的优点是：
[0018] 可以忽略传输导线电阻对传感器精度的影响，保证测量精度；在工程中大大减少校正的工作量。缩小了有效测量范围，从而提高了测量分辨率，在温度趋势发生变化时，提前了控制调节时间，可以提高控制精度。阻值/ 温度变化率高，更可提前预知温度变化趋势，使控制精度更加容易保证。
附图说明
[0019] 图1 为本发明所述变送器的结构框图
[0020] 图2 为本发明所述变送器的原理电路图
具体实施方式
[0021] 以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
[0022] 参见附图1、2 所示，该种适用于MF53 热敏电阻的温度变送器，包括稳压电源1、精密电桥3、差动变换电路4、滤波电路5、放大电路6 和输出电路7，其特征在于：在精密电桥3 是由电阻R1、R2、R3 和R4 组成的桥电路，在该桥电路中跨接一个稳压二极管D，稳压二极管D 的一端与精密电侨3 中R1 和R3 的接点连接，稳压二极管D 的另一端与精密电桥3 中R2 和R4 的接点连接，作为温度传感器的热敏电阻Rt 与R1 并联，R1 和稳压二极管D 构成线性化电路(2)，R1 的取值为2KΩ ～ 2.4KΩ。
[0023] 另外，在输出电路7 的输入端连接一个量程迁移电路8。
[0024] 稳压电源1 中的AC/DC 变换器A1 连接到差动变换电路4、放大电路6 和输出电路7，稳压电源1 还连接一个二次稳压电源9，二次稳压电源9 主要包括两个三端稳压器A2 和A3，A2 和A3 为精密电侨3 和量程迁移电路8 供电。采用二次稳压电源9 可以保证变送输出精度稳定。
[0025] 以0.75mm2 铜导线，传输距离20m，为例：传输导线对线性化后的MF53 影响为0.7‰，远远高于MF53 温度传感器本身的误差，因比可以忽略传输导线电阻对传感器精度的影响，保证测量精度；在工程中大大减少校正的工作量。
[0026] 与现有技术相比，本发明产品用简单的并联电阻方式，对热敏电阻Rt 的某一段非线性特性进行一次校正，使R1 和Rt 并联后的物理参数的非线性误差控制在1‰以内；然后再利用稳压二极管D 的正向特性曲线，对桥路输出电压进行二次修正，从而达到在所需测量范围内的线性电信号参数，缩小了有效测量范围，从而提高了测量分辨率，在温度趋势发生变化时，更可提前预知温度变化趋势，提前了控制调解时间，可以提高控制精度。