基于pt100的風(fēng)速傳感器的設(shè)計(jì)

1、引言 引言在環(huán)保氣象、家用電器、工業(yè)設(shè)備、衛(wèi)生保健等諸多領(lǐng)域，空氣流速都是一項(xiàng)重要的檢測(cè)參數(shù)，特別是在當(dāng)今社會(huì)，各種風(fēng)扇、空調(diào)等家用電器大量進(jìn)入家庭、辦公室和公共場(chǎng)所。基于以上原因，本文設(shè)計(jì)了一種測(cè)量風(fēng)速的風(fēng)速測(cè)量電路，它具有成本低、使用方便、測(cè)量精度較高等特點(diǎn)，并且能夠與單片機(jī)等其他集成芯片配合使用而成為其他系統(tǒng)的應(yīng)用電路。1 數(shù)學(xué)模型的建立 數(shù)學(xué)模型的建立1.1 Pt 100 的溫度特性鉑熱電阻是國(guó)際公認(rèn)的成熟產(chǎn)品，它因性能穩(wěn)定、抗

2、震性好、精度高而被廣泛使用。下面是 Pt l00 電阻隨溫度變化的關(guān)系：當(dāng)溫度在-200℃< t <0℃時(shí)：(1) ;當(dāng)溫度在 0℃< t <650℃時(shí)：(2)式中 Rt 為溫度在 t℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值;R0 為 0℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值;A=3.968×10-3;B=-5.847×10-7;C=-4.22×10-12。在 0～100℃范圍內(nèi)，B 值作用不明顯，Rt 與 R0 近似成

3、線(xiàn)性關(guān)系，即 Rt=R0×(1+At)。1.2 Pt 100 的熱平衡方程當(dāng)一個(gè)被加熱的物體置于流體中，該物體的熱量損失主要是熱輻射和熱對(duì)流。在溫度較低，輻射散熱可以忽略不計(jì)的情況下，物體的熱量傳遞主要是熱對(duì)流。當(dāng)流體的速度增加時(shí)，物體的熱量損失亦增加。如果以電的方式給鉑熱電阻加熱，那么鉑熱電阻將達(dá)到一個(gè)由流體流速所確定的平衡溫度。由上述得出下面結(jié)論：當(dāng)熱阻溫度和環(huán)境溫度一定時(shí)，電流和風(fēng)速的 1/4 次方成正比。2 電路工作原

4、理 電路工作原理如圖所示電路，兩條支路 a 和 b 兩端電壓相等，根據(jù)熱功率公式可知，其產(chǎn)熱效率約為支路 a 的 1/10。因此，在考慮由于熱功時(shí)可以忽略電流對(duì) b 支路的影響。風(fēng)速為 0m/s 時(shí)，設(shè)計(jì) R2 和 Ptl000 阻值之比小于 R1 和(Pt l00+R3)之比，放大器輸出低電平，晶體管基極電位降低，晶體管 Ql 集電極電流增大，由于兩個(gè)半橋的分流比約為10：1，由并聯(lián)電路分流原理知 Ptl00 電流增大，使得鉑熱電阻阻

5、值增加，c 點(diǎn)電壓降低，最終反饋電路調(diào)解使 c 點(diǎn)電位和 d 點(diǎn)接近，達(dá)到平衡狀態(tài)，并以 c 點(diǎn)電壓作為表征風(fēng)速的輸出值。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，對(duì)流散熱增加，Ptl00 溫度降低，其阻值減小，使得 c 點(diǎn)電壓高于 d 點(diǎn)電壓，放大器輸出電壓降低，導(dǎo)致晶體管 Q1 基極電流增加，集電極電流升高使得Ptl00 阻值增加，最終達(dá)到一新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。由上述分析可知，風(fēng)速增大，受控電流增大，端子 c 輸出電壓增大。由于采用了差動(dòng)式測(cè)量，且兩個(gè)測(cè)量半橋配置

6、的傳感元件同為鉑電阻，氣體溫度對(duì)電路測(cè)量值的影響可以忽略不計(jì)，在不附加其他溫度補(bǔ)償電路的情況下，可以在較寬的溫度范圍下使用，適合于大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的風(fēng)速測(cè)量傳感器，搭建了簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)由EE66-VB5 風(fēng)速計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速計(jì)量單元，對(duì)所設(shè)計(jì)的傳感器和測(cè)量電路獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。風(fēng)速計(jì) EE66-VB5 是一種高精度的風(fēng)速測(cè)量傳感器，測(cè)量范圍：0～2m/s，