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基于 PT100 型熱電阻的礦用本安型 多通道溫度巡檢儀的設計
發布時間：2017-09-01
目前隨著煤礦監控系統的發展，監測的設備對象也在不斷發展，種類越來越多，比如風機、水泵等含有電機、軸承的設備。監測此類設備一般需要電壓、電流、功率等電參數，同時還需要監測電機前、后軸承、定子溫度、傳動軸承溫度等參數。對這些溫度進行監測，涉及到一個成本的問題，一般一個電機需要監測的溫度有前后軸承、三個定子繞組等共5 個溫度測點，如果使用溫度傳感器來測量溫度，就會需要比較多的溫度傳感器;若電機比較多，則監測的溫度點就很多。使用單個的溫度傳感器來測量溫度就不太實際。PT100 鉑熱電阻物理、化學性能穩定，重復性好，廣泛用于- 250℃~750℃的溫度測量。本文設計一種基于PT100 的多通道溫度巡檢儀，該巡檢儀采用恒流源激勵各個通道的PT100，通過電子多路開關和A/D采樣電路，實現對多個通道溫度的采集。此巡檢儀用在監控系統中，有利于縮小系統規模，降低成本，方便系統架構。
1 硬件設計
1.1 恒流源電路的設計
溫度巡檢儀內部生成一個恒流源，該電流通過電子多路開關分別加到各路的 PT100 上面，通過測試 PT100 的電壓，就可以算出PT100 的電阻，根據 PT100 分度表，就可以計算出溫度。該恒流源是1m A的恒流源，此電流不宜過大，也不宜過小。流過 PT100 的電流過大，會造成PT100 因電流流過而發出較大熱量，從而影響測量精度;流過PT100 的電流過小，會使得PT100 的兩端電壓過小，也會影響測量精度。
1.2 三線制 PT100 線電阻補償電路
本溫度巡檢儀使用電子多路開關MAX4581 來實現16 路的溫度巡檢切換。從而實現多路溫度的巡檢。在現場中的應用中，有時PT100感應頭離采集區有一定的距離，當距離較長時，PT100 的線電阻就不可忽略了，它會極大的影響采集精度。
由1)、2)、3) 可以得到
由此可見，輸出電壓與線電阻無關，將輸出到AD芯片的輸入，就可以進行準確的采集了。
2 軟件設計
本溫度巡檢儀采用Winbond 的W77E058 單片機作為主處理芯片，單片機程序包括數據采集、軟件濾波、系統設置、顯示模塊、通訊模塊。
3 實驗驗證
根據PT100 鉑電阻分度表，用精密電阻箱代替PT100 對本溫度巡檢儀進行實驗驗證，將本巡檢儀通過485 通訊接入到計算機，在計算機中可以方便的讀出各通道的溫度值，在各通道中接入標準電阻箱，根據分度表查出對應的阻值，和計算機中讀出的阻值對比，就可以得出本巡檢儀測試的精度。對兩臺溫度巡檢儀進行實驗，兩臺的最大誤差不超過0.5%，測試精度滿足要求。
4 結語
本溫度巡檢儀采用1mA恒流源作為激勵電流，經過多路電子開關選擇通道，作用到PT100 電阻上面，并設計了三線制線電阻誤差消除電路，使得線電阻對測量的誤差得到消除，整個儀器硬件考慮了多重抗干擾設計，最終該溫度巡檢儀能夠達到預期的設計要求。經過現場的試驗，溫度巡檢儀能夠很好的適應現場的應用情況，能夠穩定的和上位機通訊傳遞數據，對于煤礦井下現場溫度測試點較多的場所有較好的應用前景。
摘自：中國計量測控網
