技术实践郝叶军．基于四线制PT100的矿用温度传感器设计［J］．煤矿机电，2018(3):75-76．doi:10．16545/j．cnki．cmet．2018．03．026基于四线制PT100的矿用温度传感器设计*郝叶军(天地(常州)自动化股份有限公司，江苏常州213015)摘要:针对现有温度传感器测试精度偏低的问题，设计了一种四线制PT100温度传感器。重点介绍了传感器的设计原理和软硬件设计。该温度传感器经实验测试结果，在0～100℃范围内，测试精度达到±0．1℃，表明测试效果较好。关键词:铂电阻;四线制;矿用温度传感器中图分类号:TP212．1+1文献标识码:B文章编号:1001－0874(2018)03－0075－02DesignofMineTemperatureSensorBasedonQuanternaryPT100HAOYejun(Tiandi(Changzhou)AutomationCo．，Ltd．，Changzhou213015，China)Abstract:Inviewoftheexistingproblemoflowtestingprecisionofthetemperaturesensor，aquanternaryPT100temperaturesensorwasdesigned．Thedesignprincipleofthesensorandthedesignofthesoftwareandhardwarewereintroduced．Thetemperaturesensorhasbeentestedintherangeof0℃～100℃，andthetestaccuracyis±0．1℃，whichindicatingthatthetestresultsweregreat．Keywords:platinumresistance;quanternary;minetemperaturesensor*国家重点研发计划基金项目(2016YFC0801804)0引言温度传感器在煤矿及非煤环境中得到了广泛的应用。测量温度技术包括水银测温、激光测温、红外测温、热电偶、热电阻测温和利用集成温度芯片测温等［1］。激光测温和红外测温多用在便携场合，采用非接触的方式测量物体的温度;水银测温、热电偶、热电阻测温和集成温度芯片测温则属于接触测试。在煤矿行业中多采用热电阻测温和集成芯片测温。相比于利用集成芯片测温，利用热电阻测温具有更高的测试精度，更大更灵活的测试范围等优点。设计采用四线制PT100来设计一款温度传感器，通过在恒温箱中的反复试验验证，该温度传感器具有较高的精度。通过现场使用效果来看，该传感器具有较高的现场适应性，可保证煤矿井下复杂环境下温度的有效检测。1恒流源电路设计查阅四线制PT100的资料，其激励电流范围为0．3～1．0mA，由于过高的电流会损坏探头，故设计一款电流在0．6mA的恒流源电路。图1为设计的恒流源电路图。图中三极管V11的C极输出0．6mA的电流，V3为1．2V参考电压源，运放N5A构成负反馈电路，则流过Ｒ16的电流为:1．2V/1．8K=0．67mA。2温度传感器设计铂电阻测温法可有3种连接方式，分别为二线制、三线制和四线制。其中二线制采用惠更斯电桥测量随温度变化的电阻，该方法简单方便，但在实际使用中受走线的影响较大;三线制在二线制基础上·57·2018年第3期煤矿机电中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

做了改进，可以克服在使用中走线电阻的影响;四线制采用恒流源驱动的方式实现电阻的检测。从分析比较来看，四线制方法是3种方法中测试精度最高的一种，故设计采用四线制恒流源驱动方式测试铂电阻，其原理如图2所示。温度传感器还包含:红外遥控接收、LED数码管、频率输出电路、ＲS-485通信电路、声光报警等功能。图1恒流源电路图图2温度传感器原理框图恒流源驱动方式工作原理为:恒流源驱动铂电阻探头工作，其输出的信号经过放大后，送入数模转换器。ADC采集回来的为电压信号，电压信号与铂电阻的阻值成比例关系，而电阻与环境温度存在对应关系，从而可以根据电压信号反求出电阻［2］。由于电阻与环境温度具有非线性，可采用软件进行非线性校准的方法得到温度［3］，该方法较复杂，故也可以采取查表法得到温度。由于在信号检测过程中不可避免的会带来误差，需要对信号进行滤波去噪处理［4］，设计的温度传感器在0～100℃范围内具有较高的检测精度，可以达到±0．1℃。传感器支持参数调整功能，用户只需要用相应的红外遥控器即可以对传感器进行参数调整，软件流程如图3所示。3实验测试为了验证本温度传感器的性能是否满足设计要图3温度传感器参数调整流程图求，从批量制作的传感器中随随机取出1台进行了性能测试，表1为温度传感器定量检测性能表。煤炭行业标准MT381—2007对煤矿用温度传感器的误差及测点提出了要求，精度为±2．5%FS，设计的传感器远高于该要求。表1温度传感器测试性能参数表℃测试序号基准读数测试相对误差100．10．1220200．034040．10．0460600．0580800．0610099．9－0．14结论通过对铂电阻测温原理进行了分析研究，提出了采用四线制方式来设计温度传感器，设计了相应的恒流源电路、传感器硬件电路和软件程序，并进行了试验测试。由试验测试表明，设计的温度传感器精度达到±0．1℃，目前该传感器已取得安表证，在煤矿现场使用效果良好。参考文献:［1］张修太．基于PT100的高精度温度采集系统设计与实验研究［J］．传感技术学报，2010，23(6):812-815．［2］才智．PT100铂热电阻温度测量系统的设计［J］．虚拟仪器与应用，2008:172-175．［3］王龙．基于铂电阻Pt100的高精度温度测控系统设计［J］．吉首大学学报(自然科学版)，2009，30(3):71-73．［4］马明建．数据采集与处理技术［M］．西安:西安交通大学出版社，2009．作者简介:郝叶军(1982—)，男，工程师。2011年毕业于电子科技大学(硕士学位)，长期从事煤矿传感器及仪表方面的设计及相关工作。(收稿日期:2017－11－07;责任编辑:姚克)·67·煤矿机电2018年第3期中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net