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摘要：为了减小实际生产中许多石油测井设备因为温漂在测量中产生的误差，设计出了一种基于PT100的耐高温的测温系统。本文介绍了PT100电阻的基本特性及其应用原理，同时在测量方法上对传统的电桥测温电路进行简化，得到了反馈型测量电路，然后利用单片机对数据进行处理实现对温度的测量。结果显示简化后的电路在高温情况下性能稳定且分辨率可以达到1，满足石油测井仪器领域的工作要求，测量范围在-40～175，是一种较实用的电子温度计。
关键词：温度计 单片机 测温系统
在工业生产过程中，温度一直都是一个很重要的基本物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系，在很多生产过程中，温度测量和控制都直接和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大经济指标相联系，因此在国民经济各个领域中都受到了相当的重视。温度检测类仪表作为温度测量和一些高温测量设备的辅助工具，也因此得到广泛应用。
由于传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低下、工作方式单一，已经不能适应高速发展的现代化工业。随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场，新型的电子测温仪器不仅操作简单，而且精度比传统仪器有很大提高，很大程度上减小了因为温度产生的测量误差。目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻，且热电阻式温度计和其他类型测温传感器相比有很多优点，它的性能最稳定，测量范围大 ，精度也高。例如铂热电阻 Pt100就是使用最广泛的传感器之一。
一、Pt100的特性
铂金属的主要优点是物理化学性能极为稳定、精度高，并且有良好的工艺性，易于提纯，可以制成极细的铂丝（直径可达0.02mm或更细）或极薄的铂箔，它的缺点是电阻温度系数较小。
用铂丝双绕在云母、石英或陶瓷支架上，或采用溅射工艺在石英或陶瓷基座上生成铂薄膜，构成电阻体，电阻体端线与银丝焊接引出连线，外面再套上玻璃或陶瓷或凃釉加以绝缘和保护，这样就构成了铂电阻传感器，是国际公认的高精度测温标准传感器。
二、方案介绍
温度测量方法可分为接触式和非接触式两类，设计中采用的接触式的测温方法是基于物体的热交换现象。选定Pt100作为测温器（温度传感器），与被测物体接触，进行充分的热交换，待两者温度一致时，测温器输出的大小即反应被测温度的高低。它的优点是简单、可靠、测量精度高；但是它对运动物体的测温较困难，测温器易影响被测对象的温度场分布。结合Pt100的电阻特性，给出了如下的测量方案。
1.系统硬件设计
PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，然后由单片机处理得到相应的温度。基于PT100测量电路主要有以下两种方案。
因为滑动变阻器在高温环境下阻值会发生漂移，所以在通过实验研究和理论计算后调节滑动变阻器使模拟输出电压（AD）达到预定的值后，即0时的AD约为40，就将滑动变阻器用两个固定电阻代替，实现了电路的高温环境下的准确测量。
结论：方案一的电桥测温测量范围大，性能稳定，测量精度高，但其电路复杂，不稳定气流会影响电桥的测量精度，产生误差。对于方案二，其测量电路设计简单，且在高温环境下性能稳定，精确度高。两种方案的区别在于信号的获取方式不同，但其原理基本相同，都是将温度信号转化成电压信号便于测量。其测量原理[4]如图4所示。所以在保持温度计的精度高的前提下，方案二的电路耐高温且相对简单、性能稳定，便于制作和调试，所以在设计中选用了方案二的测量电路。
2.系统软件设计
软件部分主要基STC12C2052AD单片机来设计，实现了AD采集和数据处理的功能，它主要包括AD采集和查表程序[6]。AD采集实现了模拟信号向数字信号的转变，然后用查表的方法得到不同信号下的温度值。为了提高测量精度，采取了递推滤波的方法来稳定采集到的电压值，得到的电压值分为两种情况：一种是刚好为某一元素的第一维、另一种是处在两元素第一维之间。对于第一种情况，将采集的模拟电压（AD）与实验得到的的数组进行对比，从而得到与之对应的温度值。对于第二种情况采用线性处理法，两元素的中间值可看成与对应温度成线性关系，利用两端电压值可以求出中间值的线性方程，再将所求电压代入该方程求出温度值。具体程序框图[5]如图5所示。
三、实验测试
1.数据的采集及其性能测试
温度计的标定主要是记录当前温度下所采集的AD值。将测量电路的电压输出端口与单片机STC12C2052AD的一路AD端口相连接，并将测量电路和PT100传感器放入恒温箱中进行-40～175的实验，实验数据将用串口进行传送读取。
2.温度计的标定及查表
2.1温度计的标定
2.2查表原理
查表原理[2]是一一对比法，将某一得到的AD值与实验数组元素第一维从小到大一一对比，如果对比结果相等则输出该元素的第二维，即温度值。如果对比结果没有一个相等，则判断该AD值必处在两个元素之间，根据比较得到两元素的确切值， 将两二维元素看成两个坐标点，求出其线性方程，然后再将该AD值送入线性方程进行计算得到温度值。
四、结束语
本方案在硬件方面采用了传感器的前置放大和调零、调满电路，使测温电路更加简单、稳定，并且在实验研究中，电路在高温环境下性能稳定，重复性很好，在程序模块，通过数次实验，找出了AD采集得到的模拟电压（AD）与温度的对应关系图表，然后采用查表法，可以准确的测量实时环境下的温度，精确度可以达到1。在系统的大范围测温中，高温环境对其测量精度影响不大，所以系统可以用于高温环境中，且测温准确、操作方便、成本低廉。还可以应用在高温仪器的测温系统设备上或经过改善做成无线收发系统，成为远距离测温控制系统，有较高的实用性。
参考文献
[1]华成英. 模拟电子技术基本教程[M]. 第1版. 北京：清华大学出版社， 2006 ：7-36.
[2]易先军， 文小玲， 刘翠梅. 一种高精度温度测量电路设计 [J]. 仪器仪表用户， 2008（6）.
[3]孙传友， 张一. 感测技术基础[M]. 第3版. 北京：电子工业出版社， 2011.
[4]陈德龙，秦会斌，基于Pt100的电子温度表设计[J].杭州电子科技大学学报，2005.
[5]谭浩强. C程序设计[M]. 第四版. 北京：清华大学出版社， 2010.6.
[6]赵建领. 51系列单片机开发宝典[M]. 北京：电子工业出版社， 2007.4 ：348-429.
关键词：温度计 单片机 测温系统
在工业生产过程中，温度一直都是一个很重要的基本物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系，在很多生产过程中，温度测量和控制都直接和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大经济指标相联系，因此在国民经济各个领域中都受到了相当的重视。温度检测类仪表作为温度测量和一些高温测量设备的辅助工具，也因此得到广泛应用。
由于传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低下、工作方式单一，已经不能适应高速发展的现代化工业。随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场，新型的电子测温仪器不仅操作简单，而且精度比传统仪器有很大提高，很大程度上减小了因为温度产生的测量误差。目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻，且热电阻式温度计和其他类型测温传感器相比有很多优点，它的性能最稳定，测量范围大 ，精度也高。例如铂热电阻 Pt100就是使用最广泛的传感器之一。
一、Pt100的特性
铂金属的主要优点是物理化学性能极为稳定、精度高，并且有良好的工艺性，易于提纯，可以制成极细的铂丝（直径可达0.02mm或更细）或极薄的铂箔，它的缺点是电阻温度系数较小。
用铂丝双绕在云母、石英或陶瓷支架上，或采用溅射工艺在石英或陶瓷基座上生成铂薄膜，构成电阻体，电阻体端线与银丝焊接引出连线，外面再套上玻璃或陶瓷或凃釉加以绝缘和保护，这样就构成了铂电阻传感器，是国际公认的高精度测温标准传感器。
二、方案介绍
温度测量方法可分为接触式和非接触式两类，设计中采用的接触式的测温方法是基于物体的热交换现象。选定Pt100作为测温器（温度传感器），与被测物体接触，进行充分的热交换，待两者温度一致时，测温器输出的大小即反应被测温度的高低。它的优点是简单、可靠、测量精度高；但是它对运动物体的测温较困难，测温器易影响被测对象的温度场分布。结合Pt100的电阻特性，给出了如下的测量方案。
1.系统硬件设计
PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，然后由单片机处理得到相应的温度。基于PT100测量电路主要有以下两种方案。
因为滑动变阻器在高温环境下阻值会发生漂移，所以在通过实验研究和理论计算后调节滑动变阻器使模拟输出电压（AD）达到预定的值后，即0时的AD约为40，就将滑动变阻器用两个固定电阻代替，实现了电路的高温环境下的准确测量。
结论：方案一的电桥测温测量范围大，性能稳定，测量精度高，但其电路复杂，不稳定气流会影响电桥的测量精度，产生误差。对于方案二，其测量电路设计简单，且在高温环境下性能稳定，精确度高。两种方案的区别在于信号的获取方式不同，但其原理基本相同，都是将温度信号转化成电压信号便于测量。其测量原理[4]如图4所示。所以在保持温度计的精度高的前提下，方案二的电路耐高温且相对简单、性能稳定，便于制作和调试，所以在设计中选用了方案二的测量电路。
2.系统软件设计
软件部分主要基STC12C2052AD单片机来设计，实现了AD采集和数据处理的功能，它主要包括AD采集和查表程序[6]。AD采集实现了模拟信号向数字信号的转变，然后用查表的方法得到不同信号下的温度值。为了提高测量精度，采取了递推滤波的方法来稳定采集到的电压值，得到的电压值分为两种情况：一种是刚好为某一元素的第一维、另一种是处在两元素第一维之间。对于第一种情况，将采集的模拟电压（AD）与实验得到的的数组进行对比，从而得到与之对应的温度值。对于第二种情况采用线性处理法，两元素的中间值可看成与对应温度成线性关系，利用两端电压值可以求出中间值的线性方程，再将所求电压代入该方程求出温度值。具体程序框图[5]如图5所示。
三、实验测试
1.数据的采集及其性能测试
温度计的标定主要是记录当前温度下所采集的AD值。将测量电路的电压输出端口与单片机STC12C2052AD的一路AD端口相连接，并将测量电路和PT100传感器放入恒温箱中进行-40～175的实验，实验数据将用串口进行传送读取。
2.温度计的标定及查表
2.1温度计的标定
2.2查表原理
查表原理[2]是一一对比法，将某一得到的AD值与实验数组元素第一维从小到大一一对比，如果对比结果相等则输出该元素的第二维，即温度值。如果对比结果没有一个相等，则判断该AD值必处在两个元素之间，根据比较得到两元素的确切值， 将两二维元素看成两个坐标点，求出其线性方程，然后再将该AD值送入线性方程进行计算得到温度值。
四、结束语
本方案在硬件方面采用了传感器的前置放大和调零、调满电路，使测温电路更加简单、稳定，并且在实验研究中，电路在高温环境下性能稳定，重复性很好，在程序模块，通过数次实验，找出了AD采集得到的模拟电压（AD）与温度的对应关系图表，然后采用查表法，可以准确的测量实时环境下的温度，精确度可以达到1。在系统的大范围测温中，高温环境对其测量精度影响不大，所以系统可以用于高温环境中，且测温准确、操作方便、成本低廉。还可以应用在高温仪器的测温系统设备上或经过改善做成无线收发系统，成为远距离测温控制系统，有较高的实用性。
参考文献
[1]华成英. 模拟电子技术基本教程[M]. 第1版. 北京：清华大学出版社， 2006 ：7-36.
[2]易先军， 文小玲， 刘翠梅. 一种高精度温度测量电路设计 [J]. 仪器仪表用户， 2008（6）.
[3]孙传友， 张一. 感测技术基础[M]. 第3版. 北京：电子工业出版社， 2011.
[4]陈德龙，秦会斌，基于Pt100的电子温度表设计[J].杭州电子科技大学学报，2005.
[5]谭浩强. C程序设计[M]. 第四版. 北京：清华大学出版社， 2010.6.
[6]赵建领. 51系列单片机开发宝典[M]. 北京：电子工业出版社， 2007.4 ：348-429.