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2.1数字温度传感器的研制
在本装置中,采用热敏电阻作为温度传感器:与金属材料相比,热敏电阻的电阻率温度系数为金属材料的10倍~100倍,甚至更高,而且根据选择的半导体材料不同,电阻率温度系数可有-6%/℃~+60%/℃范围的各种数值,而且由于半导体材料电阻率远高于金属,因此热敏电阻的尺寸可以很小。例如,珠形热敏电阻可小至直径为0.2mm的珠形体,这样微小的测温元件不仅热惯性小、响应速度快、对待测的环境影响很小,而且可以用于测量非常狭窄空间的温度,例如空隙、高压触头间隙等。由于热敏电阻不存在类似使用热电偶时的冷端补偿问题,也无需考虑线路引线电阻和接线方式对测温精度的影响,因此使用比较方便。由于NTC负温度系数热敏电阻具有性能稳定、灵敏度高、动态性能好、价格适中等优点,能够满足高电压环境下母线温度测量的要求,因此将NTC负温度系数热敏电阻作为优选传感元件。
为了得到数字化的温度传感信号,便于逻辑处理,在本装置中将热敏电阻阻值的变化转换为脉冲周期变化,再对脉冲计数可以得到与温度值有一定关系的数字信号,经微机处理后得到待测物体的温度值。由热敏电阻、高精度标准电阻、电容等元件与定时触发器555构成的温度传感器电路如图1所示。触发器555输出为方波脉冲:高电平脉冲T1=RlCln2,低电平脉冲T2=RtCln2,为减少电容C对测量精度的影响,取Tl/T2的比值作为传感信号,Rt=R1T2/Tl,由测量信号的2个脉冲Tl,T2和阻值R1计算出对应测量温度下的热敏电阻阻值R,从而由Rt-T关系曲线计算出被测温度值。传感器的热敏电阻从电路板上引出敷贴于被测量的母线表面,传感器安装在邻近测量点的适当位置上。
2.2传感信号逻辑处理
温度传感电路中得到的信号是充放电脉冲T1,T2,为取得T1/T2的比值,用计数时钟脉冲调制T1,T2,并对其进行计数,得到T1,T2两个计数值,再由单片机进行处理。
为满足数据传输的需要,采用相邻周期的T1,T2.由于一个充放电周期约为几十毫秒,在此区间内由于热惯性,待测母线温度变化很小,可以不考虑由此造成的误差。
在传感信号逻辑处理中,主要考虑以下几点:
a.为了减小功耗,在数字温度传感器中采用CMOSIC.
b.误差:由于计数器工作时最低位计数的随机性,为了减小测量误差,计数器采用“减计数”的方法,将初始值设置成11111111(FF)状态。在高温情况下,虽然相应的T2脉冲宽度很小,但可以得到较大的计数值,能有效地减小测量误差。虽然在温度较低时误差会很大,但由于高压母线温度测量只在温度较高的情况下才有意义,应主要考虑在高温时的测量误差。因此采用“减计数”的方法是正确的
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