热敏电阻传感器在安全生产中的应用

[摘要]介绍了基于热敏电阻传感器在生产设备的无人值守情况下对设备的监测和控制方法,以避免设备发热损坏的情况。

[关键词]pt100热敏电阻传感器 单片机 自动控制 设备保护

一、系统硬件组成

二、检测电路的构造

传感器是设备温度监控环节的核心,传感器元件的精度决定了整个监控系统的可靠性。目前,热电阻和热电偶是工业生产过程自动化最常用的两种温度传感器。热电阻由于在测量的灵敏度、线性度等诸多方面均优于热电偶。

普通热敏电桥电路:

若R1=R2=R3=R4根据电路有

显然,上式的分母项是产生非线性的根本原因。而该分母项的产生,其原因是当R2发生变化时,该侧桥臂上的电流也相应的发生变化。

三、对检测电路的改进

首先我们采用的是pt100铂热电阻。

PT100是一种广泛应用的测温元件,在-50 ~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正,模拟校正有很多现成的电路,其精度不高且易受温漂等干扰因素影响,数字化校正则需要在微处理系统中使用,将 Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入 EEPROM中,根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。

常用的 Pt电阻接法有三线制和两线制,其中三线制接法的优点是将 PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上,使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种:一为桥式测温电路,一为恒流源式测温电路。

电路采用 TL431和电位器 VR1调节产生4.096V的参考电源;采用 R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥(其中 R1=R2,VR2为 100Ω精密电阻),当 Pt100的电阻值和 VR2的电阻值不相等时,电桥输出一个 mV级的压差信号,这个压差信号经过运放 LM324放大后输出期望大小的电压信号,该信号可直接连 AD转换芯片。差动放大电路中 R3=R4、 R5=R6、放大倍数=R5/R3,运放采用单一 5V供电。

采用三线制的电路:

现场使用的时候,把pt100放到贴近设备易发热部分,这样就可以实时监测设备的运行发热情况。

四、对温度信号所转化成的电信号进行数字化

测温电路输出的信号是模拟量,为了能对所得温度信号进行识别和处理,还必须要经过一个A/D转换的过程。A/D芯片有很多种,采取的方式包括计数器式A/D转换器,双积分式A/D转换器,逐次逼近式A/D转换器和并行A/D转换器。在这里我们使用计算机所广泛采用的逐次逼近式A/D转换器。

ADC0809就是一种8位逐次逼近式A/D转换器,它带有使能端可以和微机相连。ADC0809由8路模拟开关,地址锁存与译码器,比较器,256电阻阶梯,树状开关,逐次逼近式寄存器SAR,控制电路和三态输出锁存器等组成。单片机和ADC的接口在此不再赘述。在此足以胜任数据转换并送与单片机的任务。

五、对于温度信息的实时输出

采集来的数字量与设备表面真实温度成明显的线性关系,具体灵敏度取决于pt100的型号和性能以及参考电压的选择。当系统确定后,便可容易的确定温度信号与电压信号的函数关系。在单片机内部通过软件实现标度变换,以得到温度的数值,转换为8421BCD码。将温度数据输出,通过外接译码芯片以动态扫描的方式将温度数据显示在共阳数码管上,也可以考虑将此信号传输至工作现场的控制总台,以便人工监测。

六、设备的超额定温度报警和设备保护

在使用前,在通过单片机设定设备额定温度,由程序实现,当设备温度上升到设定值的时候,发出声光信号进行报警。同时立即进入保护程序,由单片机输出控制驱动电路,控制强电部分发生动作,包括停机和操作断路器。从而达到保护设备和避免损失的作用。

七、程序流程图

参考文献:

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术(第二版).清华大学出版社,2004.

[2]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社,2008.

[3]黄金华,许秀.工业热播电阻测温输入电路.1998.