铂电阻范文

铂电阻篇1

关键词 铂电阻 风速 传感器

中图分类号：E24 文献标识码：A

1 数学模型的建立

1.1 Ptl00的温度特性

铂热电阻是国际公认的成熟产品，它因性能稳定、抗震性好、精度高而被广泛使用。下面是Ptl00电阻随温度变化的关系：

当温度在-200℃

当温度在0℃

式中Rt为温度在t℃时铂热电阻的电阻值；R0为0℃时铂热电阻的电阻值；A=3.968-3；B=-5.847-7；C=-4.22-12。在0～100℃范围内，B值作用不明显，Rt与R0近似成线性关系，即Rt=Ro（1+At）。

1.2 Ptl00的热平衡方程

当一个被加热的物体置于流体中，该物体的热量损失主要是热辐射和热对流。在温度较低，辐射散热可以忽略不计的情况下，物体的热量传递主要是热对流。当流体的速度增加时，物体的热量损失亦增加。如果以电的方式给铂热电阻加热，那么铂热电阻将达到一个由流体流速所确定的平衡温度。

我们采用铂热电阻作为加热对象。由于温度的变化引起铂热电阻本身阻值的变化，从而可以通过桥式电路建立流体速度和桥式电路输出电压的数学模型。利用此原理来进行风速的测量。

对流换热是指流动的流体流过静止的固体界面时，由于两者的温差而发生的热传递过程。当空气流过铂热电阻时，其单位时间内传热量为： =hAt。其中h为对流换热系数；A为对流面积；t为流体和界面温度差。

根据传热学有努塞尔特征数Nu=和流体沿界面流动全部为层流的公式Num=0.664RePr

可知：h=0.664（）（Prm）

其中uf为流体的速度；L为界面长度：vm为平均运动黏度；Prm对于空气约等于0.710， m为平均导热系数。

令c=0.664（）（Prm），则h=cuf。

当热阻单位时间内产热W和 相等时，即热阻达到热平衡状态。

cufAH-Tf）=IH2RH

由此，得出结论：当热阻温度和环境温度一定时，电流和风速的1/4次方成正比。

2 电路工作原理

如图1所示电路，两条支路a和b两端电压相等，根据热功率公式可知，其产热效率约为支路a的1/10。因此，在考虑由于热功时可以忽略电流对b支路的影响。

风速为0m/s时，设计R2和Ptl000阻值之比小于R1和（Ptl00+R3）之比，放大器输出低电平，晶体管基极电位降低，晶体管Ql集电极电流增大，由于两个半桥的分流比约为10：1，由并联电路分流原理知Ptl00电流增大，使得铂热电阻阻值增加，c点电压降低，最终反馈电路调解使c点电位和d 点接近，达到平衡状态，并以c点电压作为表征风速的输出值。当风速增大时，对流散热增加，Ptl00温度降低，其阻值减小，使得c点电压高于d点电压，放大器输出电压降低，导致晶体管Q1基极电流增加，集电极电流升高使得Ptl00阻值增加，最终达到一新的稳定平衡点。由上述分析可知，风速增大，受控电流增大，端子c输出电压增大。由于采用了差动式测量，且两个测量半桥配置的传感元件同为铂电阻，气体温度对电路测量值的影响可以忽略不计，在不附加其它温度补偿电路的情况下，可以在较宽的温度范围下使用，适合于大多数现场测量环境。

3 实验结果及误差分析

为了验证所设计的风速测量传感器，搭建了简易的实验验证平台。实验验证平台由EE66-VB5风速计作为标准风速计量单元，对所设计的传感器和测量电路获得的测量数据进行对比。风速计EE66-VB5是一种高精度的风速测量传感器，测量范围：0～2m/s，输出电压：0～10V，风速精度：浚.1m/s+3%测量值），响应时间：0.2秒，工作温度：-10～+50℃。由于其很高的精度及灵敏度，因此该实验把其测量的值作为真实值，将该风速计和待测量传感器置于相同的环境，在相同的风速下，其测量值和铂热电阻组成的风速传感器测量值做比较。从而分析铂热电阻组成的风速传感器的性能。

铂电阻篇2

关键词:Pt100热电阻; 牛顿法; 解析法; 特性分析

中图分类号:TP212.11; TP301.6 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)11-0135-03

Characteristic Analysis of Newton Method and Analytical Method in Temperature

Computation of Pt100 Platinum Resistor

ZHANG Li 1, DONG Yin-li2

(1. Shaanxi Post and Telecommunication College, Xianyang 712000, China;2. Xi’an Eurasia University, Xi’an 710065, China)

Abstract: The application characteristic of Newton method and analystic method is analyzed for the problem of temperature-resistance computation of Pt100 platinum resistor. The absolute accuracy and relative operating speed of both methods are compared under the condition of VC6.0 program. The results show that Newton method has higher calculation accuracy and faster operation speed than analytical method. Although analytical method has no any modeling error theoretically, it shows a severe numerical calculation error in practice. Therefore, Newton method is an appropriate algorithm for the temperature computation of Pt100 platinum resistor. It has a widely application value in the industry control domain.

Keywords: Pt100 platinum resistor; Newton method; analytical method; characteristic analysis

0 引 言

Pt100 铂热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用,可直接测量各种生产过程中-200～+850 ℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。Pt100 铂电阻具有抗震性能好,测温范围广,测量精度高,机械强度高,耐压性能好等特点,且电阻率较大,电阻Rt与温度t的关系为正比例系数的单调函数,实际测量中有良好的重复性,因此在工业应用非常广泛。

在使用Pt100 铂热电阻进行温度计算时,由温度t求电阻值Rt的公式已经存在,参见文献[1]。然而工程应用中,一般用测量得到电阻值Rt,通过反解t-Rt的公式找到与之对应的温度值t,从而实现温度测量。现代化温控系统一般都采用以计算机为核心的自动系统,这些系统中具体的计算算法需要通过编程语言实现(一般是C语言)。通常,Pt100铂热电阻由Rt求t的方法有解析法、数值法两大类。解析法的公式,文献[2]已经给出,该公式在计算机编程实现中的具体计算特性有待研究。文献[3]比较了牛顿法和二分法两种数值方法在处理铂热电阻温度计算问题中的特性,说明牛顿法在该问题的解决方面具有优良的特性。本文侧重于探讨牛顿法、解析法的计算特性,对二者的精度和求解速度给出分析。

一般认为,基于数学解析的算法没有理论误差,多数情况下是较为理想的方法,但无论何种算法,在计算机编程实现中,数值计算的误差均不可避免,有时甚至会显著到成为一个问题。

本文针对Pt100热电阻的相关计算,分别采用牛顿法和解析法,在VC 6.0编程环境下解算问题,比较了二者的求解精度和速度,发现解析法在数值计算过程中呈现了较为显著的数值误差,在精度和求解速度上都落后于牛顿法。以下给出具体分析。

1 Pt100铂热电阻温度计算

1.1 计算关系式

根据文献[1],由温度计算阻值的公式如下:

Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3),

t∈[-200,0]

R0(1+At+Bt2),t∈(0,850]

(1)

式中:参数R0=100.00 Ω(0 ℃时的标准电阻);A=3.908 02×10-3 ℃-1;B=- 5.802×10-7 ℃-2;C=-4.273 50×10-12 ℃-4。

从式(1)可以看出,已知Rt计算t分为两段。在t∈(0,850]区间,是一元二次方程求根问题,其解析关系式的定解公式比较简单,不是本文探讨的关键;而在t∈[-200,0]区间,已知Rt求t,是一元四次方程求根问题。

一元四次方程可以有解析解,一般会有4个根(含复数形式的根),根据文献[4],式(1)的实根解析表达式为:

t=-m′-

m′2-4n′2,Rt≤R0

(2)

式中:

m′=a2-a24-b+u0;

n′= u0 2-u20 4-d;

a=-100;b=B/C;c=A/C;d=R0-RtCR0;

u0=3-q2+q22+p33+

3-q2-q22+p33+b3;

p=-b2/3+ac-4d;

q=2b227-13(4bd-abc)+a2d+4bd-c2。

其中:参数R0,A,B,C与式(1)相同。

为了检验解析法算法程序的计算特性,本文在VC 6.0编程环境下,按照上述公式实现了解析法的计算步骤,再对比数值方法(以牛顿法为代表)来分析两种方法的精度和速度。

需要说明的是,由于VC 6.0编程环境下的标准数学库中没有求立方根的函数,而u0的表达式又是求表达式的立方根,因此,可选的替代方法分别是采用求1/3次幂或通过对数/指数函数来实现求立方根的运算。

以下简单分析用数值方法解决该问题的要点。

一般来说,用数值方法进行多项式求根,大致需要三个步骤:

(1) 判定根的存在性;

(2) 确定根的分布范围,即将每一个根用区间隔离开来;

(3) 根的精确化,即根据根的初始近似值,按某种方法逐步精确化,直至满足预先要求的精度为止。

一般的多项式,判定其根的存在性是需要证明的。而在这个问题中,由其特定的工程物理背景可以肯定,在[-200,0] 和(0,850]两个区间内,实根是确实存在的。

根据式(1)可得:

f(t) = t4-100t3 + BCt2 + ACt + 1C1-RtR0

(3)

式中:参数R0,A,B,C与式(1)相同。

则已知Rt求t的问题,转化为求f(t)=0的方程根问题。

1.2 牛顿法和解析法的计算过程分析

1.2.1 牛顿法的计算步骤

(1) 给出初始近似根x0及精度ε。

(2) 计算

x0-f(x0)f′(x0)=x1

。

(3) 若|x1-x0|

(4) 输出满足精度的根x1,结束。

牛顿法的特点是计算函数必须可导,需要计算导数,由(3)可得:

f′(x)=4x3-300x2+2BCx+AC

(4)

能够满足牛顿法应用的要求。

1.2.2 解析法的计算步骤

根据式(2),计算步骤如下:

(1) 已知R0,Rt,A,B,C求出a,b,c,d;

(2) 根据a,b,c,d 求出p,q;

(3) 根据p,q,b求出u0;

(4) 根据a,b,d,u0求出m′,n′;

(5) 根据m′,n′求解t。

解析法根据式(2)求解出对应的温度值,理论上没有模型误差,当然,解析法在程序运算中,仍不可避免会有数值计算误差,下文将进行定量分析。

2 牛顿法与解析法计算特性分析

2.1 误差对比

计算误差是评价算法实现特性的重要条件。

在温度t∈[-200,0]区间,分析牛顿法精度ε设定为1×10-6时的计算结果,与解析法计算结果进行对比,分析两种方法的最大误差。通过在该区间均匀抽取100个数据点,在这些数据点上比较两种算法的绝对误差,得到图1。

从图1可以看出,牛顿法的绝对误差非常小,图中所列出的数据点,即使是误差较大的部分,也集中在1×10-10量级,比数值算法的基本约束精度ε=1×10-3低7个量级,精度特性非常好。

与之相比,解析法虽然没有模型误差,但数值计算误差比较显著,在t=-200位置,误差达到4.1×10-1,之后慢慢减小。从原始数据分析,牛顿法的最大绝对误差是2.5×10-10,解析法的最大绝对误差为4.1×10-1。从最大绝对误差来看,解析法是牛顿法的1.64×109倍(4.1×10-1 / 2.5×10-10= 1.64×109 )。

因此,解析法求得的数据点,在[-200,0]区间整体误差较大,其最大数值计算误差比牛顿法高9个量级。

图1 误差比较图

牛顿法是数值算法,还可以通过调整精度约束ε来控制迭代计算的求解精度,而解析法是直接完成一系列公式的运算,既没有迭代过程,也没有类似牛顿法中ε这样一个能够控制精度的量,因此解析法的求解精度是不可控制的。

同时,由于解析法的误差来源是浮点计算的截断误差,这种误差是无法从根本上消除的。

2.2 相对运行速度比较

算法的运行速度也是一个很实用的评价指标,运行速度快的算法有更高的应用价值。解析法的程序流程是固定的,不存在循环和迭代,因此在运行环境不变的前提下,其运行速度也是固定的。然而,牛顿法的运行速度则受ε的影响,随着ε的变化,牛顿法的循环迭代次数会发生变化。

以解析法为参照,分析牛顿法在各种ε约束下的运行速度,并对二者进行了对比。

在t的[-200,0]区间,均匀抽取数据点,两种算法分别完成同样次数的循环,记录运行时间,得到结果如表1所示。

牛顿法求解时间虽受ε制约,但在表1所示的ε范围内,牛顿法的计算过程运行速度整体比解析法的速度快;随着计算精度ε的提高,牛顿法的运行时间会变长,但直到ε达到1×10-5时,解析法所需时间仍然比牛顿法长,是牛顿法的1.012 8倍。

表1 相对运行速度比较

精度ε

时间 /s

牛顿法解析法

运行时间之比

不同精度的牛顿法解析法与牛顿法比较

1×10-20.947

1×10-31.035 6

1×10-41.091

1×10-51.139 2

1.153 8

0.947/0.947=11.153 8/0.947=1.218 4

1.035 6/0.947=1.093 61.153 8/1.035 6=1.114 1

1.091/0.947=1.152 11.153 8/1.091=1.057 6

1.139 2/0.947=1.2031.153 8/1.139 2=1.012 8

*注:解析法运行时间与ε无关。

解析法计算一个数据点,除了基本的浮点乘法、加法计算外(约40次乘法、20加法),还需要完成至少4次开平方、2次开立方计算,开平方、开立方都涉及函数调用,在一个计算流程中需要6次函数调用,这可能是程序执行速度较慢的主要原因。

相比之下,牛顿法一次迭代中,只需要计算约22次浮点乘法和9次加法,再加上在表1所示的4种ε条件下,计算一个数据点,最多迭代4次,整个计算过程不涉及任何数学函数调用,这可能是速度快的一个主要原因。

分析表明,解析法主要的浮点精度损失出现在计算u0的环节上,u0表达式需要求两个立方根之和,由于VC 6.0标准库中没有求立方根的函数,立方根计算只能通过求1/3次幂、或者通过对数/指数函数对来解决,由于浮点截断误差在幂函数等运算中的传播和扩展,使得解析法的计算温度无论采用何种编程方式,整体都呈现出了较大的数值误差。

3 结 语

通常解析方法是没有理论误差的,应当具有最好的计算精度。然而,在Pt100铂热电阻温度计算问题中,解析表达式虽无模型误差,却呈现出了较为明显的浮点误差,或者说在浮点计算过程中,精度损失比较显著。牛顿法则表现出了更高的求解精度、更低的计算误差,而且相对运行速度比解析法快。这表明在Pt100铂热电阻温度计算中,牛顿法是一个较好的选择。使用牛顿法进行Pt100铂热电阻温度的计算, 可以利用计算机得到快速精确的温度结果,因此在工业控制领域具有广泛的应用价值。

参考文献

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铂电阻篇3

关键词：隔离 变送器 信号调理电路

Isolated Transducers Signal Conditioning Circuit

Abstract∶This paper propose isolated transducers signal conditioning circuit for other transducers taking isolated signal conditioning circuit for thermistor temperature transducers for example。

Keywords：isolatedtransducerssignal conditioning circuit

一、引言

隔离的变送器，是工业测量和控制的重要部件。隔离的变送器信号调理电路则是其重要组成部分，以其较强的抗干扰能力应用于各种传感器的变送器中。本文以铂电阻温度变送器的信号调理电路为例介绍了隔离的变送器信号调理电路的设计，该电路也可用于其它传感器的变送器。

铂电阻作为检测元件，广泛用于工业以及医疗卫生领域，测温范围宽，线性好，价格便宜，特别适用于机电一体化。所以，铂电阻温度变送器，尤其是隔离的变送器，是工业测量和控制必不可少的部件。

变送器信号调理电路主要用于信号放大、线性化和标准化处理。铂电阻温度变送器信号调理电路通常是由放大器和电阻网络构成，虽然成本较的低，但输入和输出是一体的，容易串进干扰，产生误差甚至损坏仪器设备。其线路复杂、抗干扰能力也较差，本文介绍热电阻（如铂电阻、铜电阻等）温度测量电路是由较新隔离放大器构成的变送器信号调理电路，具有较强的抗干扰能力，广泛适用于石油、化工、电力等领域。

二、隔离的热电阻温度变送器信号调理电路的设计

1.设计思路

铂电阻的温度测量范围很宽（－200～850°C），根据允许误差的不同，分为D、C、B和A级。其零度值误差分别为±0.48％、±0.24％、±0.12％、0.069%。

铂电阻通电流以后，会产生自热效应。为达到要求的测量精度，控制自热效应是必要的。通过铂电阻的电流不能太大，但是铂电阻测温信号与通过的电流大小成正比，所以设计铂电阻的电流要在允许自热的情况下尽可能大一些，一般选不大于lmA。如果采用1mA供电，温度升高100°C时，只能取得38.5mV的信号，信号要放大到足够大。根据铂电阻的分度表，铂电阻阻值随温度上升的增加略有下降，即存在非线性，热电阻温度变送器信号调理电路的设计要考虑信号线性化问题。

在控制系统中，变送器作为检测部件要为控制系统提供检测到的信息，为确保控制系统可靠运行，变送器提供的信息必须是电隔离的。没有隔离就没有可靠的工业控制。所谓隔离，是要求输出信号与输入信号电隔离，这就要求输出端与输入端的电源也是电隔离的。并且要保持被传送信号的特性。这样隔离的温度变送器电路，除温度、电压变换电路外，还需要有隔离放大器和隔离电源。

2.信号调理电路的构成

为满足测量、控制的需要，温度变送器的输出要稳定可靠、达到一定的精度、输出信号要规范化并且要求输出信号与输入信号电隔离。下图给出了调理电路原理图，经长期多只变送器的实用证明，能够满足这些要求。

该电路采用单片4~20mA的双线电流变送器集成电路XTR105作为铂电阻信号处理电路，它具有全部的桥激励、仪器放大、线性化、用于高阻抗应变传感器必要的电流输出电路。

图中XTR105的1脚和14脚为桥路提供恒流供电，12脚连RL 调线性，W1调零，W2调满度，XTR105的8、9、10脚接入BD237输出4~20mA电流。

为达到输出信号与输入信号电隔离，必须使输出端与输入端的电源实现电隔离。并且要保持被传送信号的特性。这样隔离的温度变送器电路，除用XTR105作温度、电压变换电路外，还需要有隔离放大器和隔离电源。

本电路采用的隔离放大器是BB公司的ISO122。ISO122的电源电压范围较宽（±4.5～±18Ⅴ），线性好，非线性最大只有0.05％，额定增益为1，即无放大传送。它的缺点是静态功耗较大，且为双电源，所以电源变换电路只能用双电源。隔离温度变送器采用的电源变换电路是DCP010515DP，该电路输入电压为5V，功耗1W，输出±15V。电源输入、输出完全隔离，地线完全分开，隔离性能很好，有热断路和过载保护功能。选用±15V主要考虑：

①双电源，满足ISO122的要求；②考虑有可能直接用4～20mA二线制变送器，所以制作隔离变送器时选用DCP010515DP较为合适。因为各种二线制的变送器有15v电源都能正常工作。这样，这种隔离的变送器应用更广泛。

信号调理电路中ISO122的次级选用TC7662A作为电源变换电路是因为它能提供较大的负载电流。

在电路板的设计上值得注意的是，DCP010515DP与 ISO122的输入地与输出地应该完全分开以确保信号调理电路的输入与输出完全隔离。

3.0-10mA输出电路的构成

在变送器的开发应用中，常常会遇到所需的变送器的输出信号，与已有的变送器的输出信号不同，或用户已有的变送器的输出信号不能满足新的需求，这就需要改变变送器原来的输出信号。在这里我们给出了把4-20mA变换为0-10mA的电路，如图2所示。这个电路虽然比较复杂，但性能稳定可靠。

设R1上的压降（取样电压）为Vi，经推导可以得到流经RL上的电流为I=(Vi-1)/R11。很显然，如果变送器在零位时输出4mA，在250Ω的取样电阻的压降为1V，于是I=0。如果变送器输出为20mA，Vi=5V，则I=(5-1)/R11，适当选取R11，可得I=10mA。

三、结束语

工业控制系统中常采用隔离接口单元，把输入、输出信号在电气上完全隔离，提高电子系统的抗干扰性和可靠性。隔离的温度变送器信号调理电路把传感器信号测量放大部分和输出控制部分完全隔离开来，提高了变送器的抗干扰能力，也保护了控制系统不受现场的影响。

本文设计的电路也可作为其它传感器（如：压力传感器、热电偶等）的信号调理电路，具有很好的实用性。在实际应用中得到了很好的证明。

参考资料：

[1]孙立红.传感器及其接口技术[M].北京: 石化出版社, 1998（2000年再版）.

[2]赵负图.现代传感器集成电路[M].北京: 人民邮电出版社，2000，231-235.

[3]孙立红. 液位变送器输出的变换[J]. 今日电子，2004，7：42－43.

[4] Burr-Brown，IC Data Book，1996/1997，5.75-5.87.

作者简介：施品德，1986年9月进入沈阳新城化工厂工作，1989年考入沈阳工业学院夜大，在电子仪器与测量技术专业学习深造。1992年毕业，进入沈阳新城化工厂计量处，从事热工仪表工作，在此期间参加了炼油车间的仪表自动化控制的设计工作。1999年9月进入沈阳新纪化学有限公司工作，主要负责公司电气自动化的设计、选型、安装、维护工作，主要项目有CF-351工程的仪表安装、调试；建工程的电气、仪表的设计、安装；公司电力系统的安装、维护及仪器仪表的日常维护工作。

铂电阻篇4

【关键词】温度验证仪；验证；GMP；计量

0 概述

自我国卫生部的GMP1992版中提出了验证的概念，并在其修订版第三十五条中规定，“设备应定期进行维修、保养和验证，其安装、维修、保养的操作不得影响产品的质量，设备更新时应予验证，确认对产品质量无影响时方能使用”以来。国内的制药企业越来越重视验证这个特别的生产环节。近年来，随着《药品生产质量管理规范》2010版的，以及其相关执行细则的出台，验证的规范及指南日臻完善。

而可应用于蒸汽灭菌柜、隧道式烘箱、干热烘箱、灭菌设备、冻干机、恒温恒湿箱、深冷冰箱等制药行业中大量关键设备的温度验证的温度验证系统也得到了广泛的使用。

1 组成

温度验证系统一般由温度验证仪、温度标准、干体式温度校准器、温度传感器。整个验证过程分为：

1.1 使用前校准

使用温度标准和干体式温度校准器对温度验证仪及温度传感器进行多点校准。根据校准数据，将验证仪连接的各个温度传感器示值误差调整到±0.5℃。

1.2 温度验证

对需要验证的设备进行特定温度的测试。

1.3 使用后校准

再次使用温度标准和干体式温度校准器对温度验证仪及温度传感器进行多点校准。并且与前校准的数据进行比较，确保温度验证仪及温度传感器正常。

2 校准方法

温度验证系统并没有现行的检定规程或校准规范，我院将温度标准，干体式温度校准器以及温度验证仪，温度传感器分别按照相关的技术规范进行计量。

2.1 温度标准

温度标准是整个温度验证系统进行自校时的标准器，一般采用二等标准铂电阻温度计或智能铂电阻温度计，按照国家检定规程JJG160-2007《标准铂电阻温度计》进行校准。为了配合温度验证仪使用的温度范围，一般温度标准使用0℃～-189.3442℃温区和0℃～419.5270温区。

2.2 干体式温度校准器

干提示温度校准器是一种较为稳定的温度源。在温度验证系统进行自校时，提供稳定、均匀的温度测试区，按照JJF1257-2010《干体式温度校准器校准方法》进行校准。根据FDA-GMP以及HTM2010要求，示值误差±0.1℃，测温区的轴向温度均匀度小于±0.2℃。

2.3 温度传感器

温度传感器一般使用工业铂电阻或者是热电偶。工业铂电阻需要符合JJG229-2010《工业铂热电阻》中A级铂电阻的技术要求。热电偶一般采用K型或T型热电偶。K型热电偶根据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶》I级热电偶技术要求进行校准，允差±1.5℃；T型热电偶则根据JJG 368-2000 《工作用铜-铜镍热电偶》进行校准，允差±0.5℃。国内企业综合准确度及成本的考虑，一般首选使用T型热电偶作为传感器。

2.4 温度验证仪

温度验证仪是整个温度系统的核心设备。根据医药行业的FDA-GMP以及HTM2010中的相关条款，测量重复性≤± 0.25 ℃。另外校准后测试系统――温度验证仪及温度传感器的示值误差应当低于± 0.5℃。方便起见，国内医药企业一般都将验证仪配上相应的传感器，参考JJF1171-2007《温度巡回检测仪校准规范》进行校准。

总的来说，现在对温度验证系统的计量是基于欧美医药行业标准并参照国内各相应检定规程及校准规范，并与之对应的规范。 希望经过几年的测量积累及验证工作的更对标准的，在未来国内能形成统一的计量规范。

【参考文献】

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[11]药品生产质量管理规范（2010年修订）[S].

铂电阻篇5

[关键词]Pt10 Pt20 STC15F2K6052

中图分类号：U467.48 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0321-01

引言

系统拟采用Pt10和Pt200铂电阻一体式传感器作为检测器件，利用热传导原理测量流体流量。该仪表用恒温差法对气体质量流量进行准确测量，可安装于汽车尾气排气管内。抗干扰能力强，价格低点的优势，具有体积小、数字化程度高、安装简便、测量精准等优点。

一、关键技术

热式气体质量流量仪是利用热传导原理来测量流体流量。设计中将传感探头直接插入气体中，传感探头主要有两个铂电阻组成，一个测量汽车尾气的温度，称为测温电阻。另一个加热电阻，用于保持高于汽车尾气的恒温度，称为测速电阻。当气体流动时，会带走测速电阻上的热量，通过检测热损耗，就可以判定汽车尾气的速度，即排放量。

二、硬件设计

1.桥式电路设计

电路如上图所示，检测头采用桥式环路结构，测速铂电阻R11与R4组成电桥的一臂，测温电阻R10与R2、R5组成电桥的另一臂。测温电阻PT200是用于测量汽车尾气当前温度，为确保检测温度即为汽车尾气的温度，PT200流过电流必须很小，不能使其发热，故需要选择阻值较大电阻，阻值大则测量的热惯性也增大，仪表的响应速度减慢，故这里选择PT200，同时串联阻值较大的高精密度电阻R5来限流。

测速电阻R10必须流过较大的电流使其受热，在工作室要保证流过的电流高于PT200在15摄氏度。并保持温差恒定，故选择阻值小的铂电阻PT20。

2.反馈电路设计

LM317和OP117构成闭环式反馈电路，增强测速端的电流驱动能力。C2、C3R6、C5、C4均为滤波，增加系统稳定性，减少系统波动。D4为TVS管为减少瞬时脉冲对原件的损害。R12为采样电阻，为采样当前风速下铂电阻失去的热量。R7、R9为运放的平衡电阻。D1 为减少U1对U2的影响，减少U2输出电流。R8、R3、R1、U1为LM317的配置电路。D2、D3把LM317ADJ脚钳位在6.3V，防止LM317输出过高。D5、D6把V0的电压钳位在8.1V防止V0电压过高。

3.主控单元设计（图2）

检测信号通过放大器LMV822M放大通过P1.3/ADC3/MOSI送入单片机进行A/D转换和处理，最后显示和存储。设计中选用MB85RC64（FRAM，铁电随机存取存储器）作为存储芯片，用于存储热式气体质量流量计测量过程中的许多重要参数，比如累积流量值、实时流量值等，都需要做到一定时间间隔保存一次，并且掉电后不能丢失。与E2PROM相比，引脚兼容，但FRAM具有更快的写入、更高耐久力和更低功耗等优势。

三、总结

通过实验验证，热式流量计在检测车子转速3000转以内，检测的数据非常精确，可实时检测尾气排放量。该仪器可用于汽车检测中心对汽车尾气排放量的检测和监控。整个测量系统结构简单，无可动部件，抗震性能好，采用直插式检测法，检测数据精确，汽车的震动和高温压对测量不影响。检测仪还可以将检测的数据可动态保存，历史数据可查，可随时检测汽车尾气排放量的历史数据。

参考文献

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[2] 唐明，赵志龙；热式气体流量计信号采集电路的设计与研究.测试技术学报[J].2014[2]，154-155.

铂电阻篇6

【关键词】多路选择器；模拟信号；集成电路；微处理器；模数转换器

1.引言

温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、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普遍重视。温度检测仪表作为温度计量工具，因此也得到广泛应用。随着科学技术的发展，这类仪表的发展也日新月异。特别是随着计算机技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。

往往在许多应用场合需要对多点温度进行检测，于是温度巡检系统便应运而生。整个系统包括：温度采样电路，滤波放大电路，多路选择装置，模数转换器，微处理器，显示电路，键盘操作电路。其中多路选择装置的设计好坏直接影响到模数转换器对现场采集来的多路模拟信号的及时接收与转换。本文采用多路选择集成电路CD4097，CD4067及微处理器ADuC834等器件设计出一种多路选择器，其性能稳定可靠，能实现20路到1路的选通。

2.主要器件介绍

2.1 CD4097

CD4097为双路8选1模拟选择器，可以作为模数转换器ADC的输入通道选择器。表1为CD4097真值表。由真值表可知，当INBIT=1时，CD4097将关闭所有通道，当INBIT=0时，A、B、C的不同组合将会有不同的X、Y端口和COMX、COMY连通，实现通道选择。

2.2 CD4067

CD4067与CD4097一样也是一种多路开关，不同之处在于CD4067是单路16选1的模拟选择器。表2为CD4067真值表。

2.3 微处理器ADuC834

为了实现巡检系统的小型化，选用了ADI公司的ADI MicroConverter系列精密模拟控制器的ADuC834作为中央处理器。

ADuC834融合了多种精密模拟功能，基于8052MCU内核，内置62KB闪速程序存储器和4KB片内数据存储器，一般不需要外界扩展存储器，内部集成有两路200μA∑-模数转换器ADC，一个是24位主ADC，另一个是16位的辅助ADC。ADuC834内置的滤波器和可编程放大器，在没有外部放大器和滤波器的情况下，可以直接输入±20±2.56V的电压信号，具备电源监视器和看门狗定时器，能够有效确保巡检系统的可靠运行。ADuC834可工作在外部32kHz的晶振下，通过一个片内锁相环PLL产生一个12.58MHz的高频时钟，该时钟可以通过一个可编程时钟分频器发送到片内8052。片内的8052是一个优化的单指令周期MCU。该MCU在保持和8051指令系统兼容的同时，具有12.58MIPS的性能。ADuC834开发工具简单，目前流行的单片机开发环境Keil-uVision4支持在线硬件仿真，不需要额外的仿真器及下载器，通过PC机串口即可进行在线调试和下载程序。

3.硬件连线原理图设计

该温度巡检系统中温度采集部分采用铂电阻，铂电阻采用四线制接法，在四根导线中，其中有两根导线用于连接恒流源。ADuC834内部集成恒流源通过程序设置从P1.2引脚流出，另一端连接到芯片内部模拟地AGND上，根据以上电路特点，采用CD4067作为恒流源流向切换，铂电阻另一端全部短接到ADuC834的模拟地AGND上。

该巡检系统共有20路温度测量信号，因此需要设计一个20选1的多路选择器。根据测量原理可知，需要2片CD4067，3片CD4097，组合完成相应的硬件电路的设计。图1为20选1的多路选择器的硬件连线原理图。

4.硬件连线原理图解释

硬件连线原理图中的3片CD4097的A、B、C引脚分别连接ADuC834的P1.0、P1.1、P1.3引脚。第一片CD4097的INBIT引脚接P3.3引脚，P3.3、P3.4引脚经与非门NAND连接到第二片CD4097的INBIT引脚上。第三片CD4097的INBIT引脚接P3.4引脚。两片CD4067的A、B、C、D引脚分别连接ADuC834的P1.0、P1.1、P1.3、P3.3引脚。第一片CD4067的INBIT引脚接P3.4引脚，同时P3.4经反相器NOT连接到第二片CD4067的INBIT引脚上。P1.0、P1.1、P1.3、P3.3负责通道选择。两片CD4067的COM引脚连接到ADuC834的P1.2引脚，恒流源电流流入COM引脚。TR01-3～TR20-3引脚为恒流源流出端，分别连接到20只铂电阻的A端，20只铂电阻的B端流出电流，短接后连接到AGND。经CD4067选择，在TR01-4～TR20-4中每一时刻有一路输出恒定电流，流入Pt100铂电阻；TR01-3～TR20-3分别连接到20只铂电阻的A端，TR01-2～TR20-2分别连接到20只铂电阻的B端。COMX、COMY引脚分别连接到ADuC834的AIN1、AIN2引脚上，通过通道选择在CD4097内部将TR01-3～TR20-3中的一路和COMX连通，TR01-2～TR20-2中的一路和COMY连通，将铂电阻上的电压输入到模数转换器ADC中。SA、SB、SC、SD、EN为ADuC834的输出信号，对通道进行编码，每一时刻有唯一的通道选通，供模数转换器ADC采集数据。通道选通编码如表3所示。

5.结语

本文利用2片CD4067，3片CD4097及微处理器ADuC834等器件设计出一种20选1的多路选择器。它能够将20路模拟信号通过分时操作分别与一个模数转换器ADC连通，从而达到对多路信号进行模数转换的目的，使得硬件电路连接简化和微处理器等相关硬件资源的利用率得到大幅提高。因此多路选择器的硬件设计具有重要的意义。

参考文献

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铂电阻篇7

【关键词】PtIr25合金 连续固溶体 晶内偏析 维氏硬度

PtIr25合金是重要的铂基合金之一。在现代工业中有极广泛的用途，由于铂铱合金有高的硬度、高的熔点、高的耐腐蚀能力和低的接触点，因此它在使用条件要求最高的弱电接点中成为经典的电接点材料。PtIr25合金常用作航空发动机的点火接触点，高灵敏度继电器以及微电机的滑动接触点材料。同时也是重要的电位计绕组材料或电阻应变材料。PtIr25合金由于铱含量高，加工难度大，加工硬化非常迅速，是贵金属材料中加工难度大的材料之一。本文对PtIr25合金的生产工艺作分析，以指导今后的生产。

1 PtIr25合金的熔炼

1.1 原料要求

PtIr25合金对原料纯度要求较高，铂和铱的纯度要在99.9%以上，也可使用经过处理的铂铱合金回炉料，按名义成份配料。

1.2 合金熔炼

PtIr25合金的熔炼在高频感应炉中氩气保护下进行，坩埚用氧化锆坩埚.熔炼时应先将铂熔化，然后加铱，也可同时加入。为排除气体，提高铸锭质量，有时要重熔一、二次。合金熔体控制在高于凝固点150°～200℃的温度浇注于水冷铜模中。

2 丝材加工

2.1 热轧开坯

图1是Pt-Ir合金相图。由图1可以知道Pt-Ir合金高温时为连续固溶体，低于975℃后发生固相分解，同时随Ir含量的增加，Pt-Ir合金的加工性能降低，在空气中加热时挥发损失增大。同时，由图―2所示，合金偏析严重，树枝状结构比较发达，为提高铂铱合金的致密度，迅速改变其尺寸及形状，需进行热开坯。热轧工艺为：1250℃保温60分钟，热轧，总加工率达到20%左右，然后进行冷加工。

图1 铂-铱合金相图 图2 铸态（200倍）

2.2 冷轧和冷拉

热轧后的坯料可以直接冷轧和冷拉。冷轧时，我们将合金坯料在刨床上扒皮后，在轧机上进行孔型轧制。在轧制中，当总变形达到60～80%时，就进行中间退火，以降低合金硬度，防止合金轧裂。因为铂铱合金在高温下碳能溶于铂，低温时，碳又部分析出，使铂铱合金变脆，所以在退火时要保持退火炉内干净，防止碳的污染。中间退火工艺具体如下：退火温度为1150°～1250℃，保温40min，然后水淬。由图1曲线所示，我们可得到利于加工的单相结构。在拉丝过程中，道次加工率控制在5-10%以内，两次退火间的总加工率控制在60-80%。方式为油。在拉拔过程中，要及时修理表面毛刺及裂纹，以免其随着加工的进行进一步加重及延伸，这样才能保证得到好的成卷线材，最终拉制成成品。

3 PtIr25合金加工性能分析

图3Pt-Ir合金加工率对硬度的影响 图4铱含量对铂铱合金硬度的影响 图5铱含量对铂铱合金强度的影响

Ir含量对Pt-Ir合金的硬度影响如图4所示，Ir对Pt-Ir合金的强化作用。由图4及图5可以看出，Pt-Ir合金随Ir含量的增加，其强度硬度显著提高。退火态PtIr25合金强度达到850Mpa，维氏硬度达到230Mpa。由图3可以看出，Pt-Ir合金加工硬化显著，这些都给合金加工带来困难。因此Pt-Ir合金特别是PtIr25合金因铱含量高，加工难度大，为提高成品率和工作效率要选用热开坯。冷加工时道次加工率的选择及中间退火工艺等工艺尤为重要。

4 结语

（1）PtIr25合金原料纯度要选用99.9%以上的铂和铱，按名义成分配料。（2）PtIr25合金熔炼采用高频感应加热熔炼。（3）坯料要先进行热开坯，温度为1000-1300℃、总加工率约20%以上，然后进行冷轧和冷拉，道次加工率控制在5-10%以内，总加工率控制在60～80%以内。为防止合金轧裂，中间退火工艺具体如下：1150°～1250℃，保温40min，水淬。

参考文献：

[1] 黎鼎鑫 等.贵金属材料学[M].中南工大出版社，1991.

铂电阻篇8

关键词：汽车自燃 定点喷洒 温度控制

目前，汽车防自燃装置在国内的应用很少，汽车温度控制装置总体发展水平不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术水平相当于国外20世纪80年代中后期水平。市场上目前的成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适用于一般温度系统控制，难以实现对滞后复杂时变温度系统的控制，而且应用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不成熟，形成商品化并广泛应用的控制装置较少。文章设计的汽车防自然智能降温系统通过设立多点并联检测系统对汽车易高温零件温度进行实时检测，并由温度控制电路控制降温装置的启闭，实现了对汽车零件温度的控制，达到了汽车防自燃的目的。并且该系统结构简单、生产成本较低，有较大的推广应用价值。

一、设计思路

在汽车上容易产生高温的不同部位（如发动机、刹车片等），设立若干个温度实时监测点，由温度传感器采集汽车零件温度并传输给温度控制电路，再由温度控制电路对温度传感器输送过来的信号进行分析，当温度达到或超过预先设定的临界值时，输出控制信号，报送给报警系统，实施温度超高报警，与此同时温度控制电路将驱动电动机，启动小水泵，通过各个喷头对各个高温部位的喷水，以降低高温部位的温度，当温度传感器采集到的温度信号低于设计所设定的临界值时，控制系统将再次发出解除报警的信号，同时关闭电动机，停止喷水。

二、整体设计

1.系统各环节设计基本原理与实现

1.1温度信号的采集

根据市场上的现有产品，首先在汽车上容易产生高温的不同部位（如发动机、刹车片等），设立若干个温度实时监测点，并分别安装一个测温元件—负温度系数热敏电阻（采用PT2000，热敏电阻即时将温度信号传送到温度传感器，再通过转换，将其转换为电信号，输送给温度控制系统，实现信号的采集。完成温度的检测功能。

1.2温度检测控制与报警系统

由555定时器作为主要部件构成的温度控制系统对温度传感器输送过来的信号进行分析，当温度达到或超过预先设定的临界值时，将根据实际情况输出一种特定的控制信号，报送给报警系统，实施温度超高报警。

1.3降温实施装置

在上述安装温度检测点的位置再同时安装小型水管喷头，由电动机控制的小水泵供水，小水泵所需的水箱安装在汽车底部，以免影响汽车的设计空间，同时设置一简单有效的取水装置，保证取水的可靠性。对于整个实施装置，均采用质地轻便的材料，减轻装置的重量。使降温实施装置简单易行，合理，达到有效开启及降温效果。

2.控制电路关键原件介绍

2.1铂电阻温度传感器Pt1000

铂电阻温度传感器Pt1000的金属铂含量达99. 9999%，因为铂电阻的物理和化学性能在高温和氧化介质中很稳定，而且价格低廉，常用作工业测量元件，以铂电阻温度计作基准器线性好，温度系数分散性小，在0～100摄氏度时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度，测量准确，广泛应用于精密温度的测量和标定。因此采用铂电阻温度传感器Pt1000来实时检测高温部位的温度，可以提高高温部件的温度测量精度。

铂热电阻与温度关系式 ，

其中：

-温度为t摄氏度时的电阻Rt：

-温度为0摄氏度时的电阻R0：

A、B-温度系数 ；

其中

T-任意温度。

2.2 555定时器

555定时器内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压Vcc /3 和 2Vcc /3。

555定时器的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端Vss或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：Vc为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源Vcc，双极型时基电路Vcc的范围是4.5 ～ 16V，CMOS型时基电路Vcc的范围为3 ～ 18V。一般用5V。

三、结语

该系统设计在汽车可能出现高温、自燃的部位安装温度传感器进行实时的监控，当出现问题时报警系统会对其进行自动反馈，从而引起驾驶员注意，及时防护，同时在相应位置上安装若干热敏电阻做的测温探头，安装微型喷头，实现定点喷淋，从而达到自动降温防护的目的。该系统结构简单易于实现，生产成本较低有利于推广应用。

参考文献

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