淺析溫度傳感器的性能與使用

摘 要：成都地鐵電客車空調系統中使用的Pt100溫度傳感器，是一種在生活中很常見的電器元件，無論是在工業領域或生活中都運用得非常廣泛。文章對Pt100溫度傳感器的技術參數、信息采集原理、測量、安裝進行詳細說明；同時對電客車現階段實際使用情況進行詳細介紹。

關鍵詞：傳感器；參數；原理；檢測；安裝

1 溫度傳感器簡介

Pt100溫度傳感器是生活中常用溫度檢測器，是成都地鐵1號線電客車空調使用的電氣元件。電客車客室內（外）溫度是通過安裝在回風口和新風口溫度傳感器實現數據采集，即溫度傳感器電阻值受環境溫度的影響而變化（增大或減小）。大部分電阻式溫度傳感器是以金屬做成，但以鉑（Pt）做成的電阻式溫度檢測器具有性能穩定、數據采集精確度高、抗振動能力、抗干擾信號強等優勢。

2 主要技術參數

溫度傳感器探頭長度根據使用情況大致分為（5、10、15、20）cm；直徑為5mm；安裝方法簡單便捷，直接選用活動螺栓安裝固定（螺栓直徑M8*1.0）；電纜引線使用三線輸出；設計接線端口為U型插口；外層表面使用不銹鋼材質封裝。

測量方式：R=Ro（1+aT），a=0.00392，R0=100歐（在零度時的阻值）；

允許偏差值△℃：A級±（0.15+0.002│t│）

B級±（0.30+0.005│t│）

Pt100溫度傳感器檢測溫度范圍（-200℃～+850℃），電阻值變化參考值為 0.3851Ω/℃；Pt100溫度傳感器Pt（鉑）材料的熱電阻線性較好，它的熱響應時間小于30s，熱電阻的最小置入深度≥200mm，允許通電流≤5mA。電阻值隨溫度改變而變化，溫度在0-100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0.5℃。溫度在0度時電阻值100歐姆，溫度在800度時電阻值375.70歐姆；溫度在負200度時為18.52歐姆，溫度在200攝氏度時為電阻值約175.86歐姆。隨著溫度的升高電阻值跟著增大稱為正電阻系數，隨溫度的降低電阻值反而下降稱為負電阻系數，阻值在0度時為100歐姆屬于正電阻系數。

3 原理

常用溫度傳感器Pt（鉑）采集的信息是以模擬信號進行傳輸，在實際應用中采用兩種方式實現信息收集傳輸：（1）一是成都地鐵空調系統現在使用的方式，Pt100溫度傳感器采集到的溫度信息未立即顯示，將信息傳輸到下一個控制系統中，采集到的信息經過系統邏輯程序分析處理，發出指令控制整個空調系統的工作狀態（通風、全冷、半冷、全暖、半暖）。因此在使用時需要一塊Pt100溫度傳感器集成電路，采集到的信息是用電阻值反饋給我們，不是我們使用方便的電流信息或電壓信息。因此在Pt100的集成電路中增加一個DC±12V電源，為整個電路提供工作電壓。將采集到的電阻變為DC（1-5）V的電壓輸入到控制器，經過控制系統簡單的運算就得到相應的溫度值（這種溫度采集方式運用廣泛，使用中還能實現多個區間采集）。（2）二是只需要一個獨立的Pt100溫度傳感器時，給傳感器一個DC24V工作電源，這樣傳感器會產生（4-20）mA的電流信號，然后將該信號（4-20）mA的電流通過一個電路板把電流信號變為（1-5）V電壓，同時在該回路中串聯儀表即可顯示數據。

4 Pt100溫度傳感器在成都地鐵空調系統的運用

Pt100溫度傳感器是成都地鐵電客車空調的情報系統，由它決定空調系統的工作狀態（通風、全冷、半冷、全暖、半暖）。在電客車司機室操作DDU屏上空調控制，可以對空調系統進行目標溫度設定或者工作狀態設定，其本質就是設定溫度傳感器采集溫度情況來控制空調機組。

自動：點擊自動位，空調機組進入自動狀態。此模式下有兩種溫度設定方式：空調控制器按UIC553要求根據新風溫度自動選擇目標工作溫度，可以進行±2℃調節。

當環境溫度低于15℃時空調允許工作在加熱狀態，當環境溫度在15℃與19℃之間時空調只允許工作在通風狀態，當環境溫度大于19℃時允許工作在制冷狀態。

目標溫度設定原則：

（1）手動設定目標溫度，通過TMS傳送給空調控制器，控制器根據該設定溫度再按照制冷工況壓縮機調節原則或制熱工況電加熱調節原則驅動空調工作于通風、半冷、全冷、半暖、全暖。手動設定溫度范圍15℃～30℃。在加熱模式時設定溫度不能超過19℃，如果超過19℃控制器將默認為19℃。在制冷模式時設定溫度不能低于20℃，如果低于20℃控制器將默認為22℃。

（2）自動設定溫度是控制器依據新風溫度和回風溫度的差異制定設定溫度點，啟動空調。設定溫度可以通過載司機室的觸摸屏上進行±2℃手動修正。控制器管理客室空調系統內不同的設備，目的是使溫度穩定在一個設定溫度點上。

5 檢測和安裝

檢測Pt100溫度傳感器時，為了保證溫度測量的準確度，應選用1V電橋電源；根據溫度傳感器的分度表參照當時環境溫度，測量阻值與分度表是否對應相同。給Pt100溫度傳感器外加工作電壓在回路上，測量輸出電壓信號（mV），將信號用運算放大器放大后進入A/D芯片進行A/D轉換數據，由系統程序將電壓信號換算出電阻值，然后根據分度表參考值進行對比查找相應溫度值。

Pt100鉑電阻傳感器有三根引線，分別用字符A、B、C（或顏色黑、紅、黃）代表三根引線， A端與B端（或C端）之間在常溫下測量出的電阻值約110歐姆，測得B端與C端之間電阻值為0歐姆，即B與C是相同端（相等）。引線A是固定不變，不能錯裝的引線；引線B和C可以互換連接，但這兩根引線都需要安裝，不能懸空。Pt100溫度傳感器接線方法主要由選用二次儀表、根據環境、精度和成本要求決定。三根引線接線使用更廣泛（成都地鐵1號線使用該接線方式）； 少量PLC控制回路選用四線接法，四線接法精確度最高，兩線接法使用要求最低。

6 實際應用

Pt100溫度傳感器為通用型產品，線性狀態良好、外形小巧、對于酸堿不易腐蝕、不變質經濟實用等優點；工業領域安裝在電客車、供熱、制冷、中央空調等設施設備上，生活中家用空調、電飯煲、熱水器等。

作者簡介：張宗友，籍貫：四川省南江縣，工作單位：成都地鐵運行有限公司。