引言
舰船航行时需要对主、副轴承温度及主机轴瓦、滑油、淡/海水出口等温度进行实时监测。此前，许多国产舰船采用pcw-208a型船用数字式8点测温装置和jk-88j-w型船用20点测温装置进行温度监测，但这些装置使用一段时间后测温的误差会变大，经常误报警，且很难进行调试，从而给舰船的温度监测工作造成困难。为此，本文设计了采用pic单片机作为控制单元的一种新型舰用数字测温装置，具有定点和巡回检测显示、超温报警及故障自动诊断等功能。针对舰船环境条件差、现场干扰强以及测温距离远等特点，采用温度－电流变送技术和有效的线性补偿措施，提高了温度测量的精度。

系统组成
舰船上对主机、大轴等的温度测量，属于远距离的多点温度测量。新型舰用测温装置以pic单片机为核心，配以信号输入转换电路及按键与显示接口电路等组成主控电路。采用pt100型铂热电阻作为温度传感器，并通过信号变送器在现场转换为4~20ma的电流信号后传送，以实现远距离温度检测。系统的组成框图如图1所示，主要包括主控装置、温度传感器、信号变送器和连接电缆四部分。其中主控装置用于温度显示和报警，并可进行参数设定和系统标校等操作，采用pic14000微处理器作为中央控制单元。pic系列单片机内置有程序监测电路，使用过程中能保证软件程序可靠运行，解决了一般微处理器的程序“漂移”问题。而且pic单片机独特的结构和精简的指令集可以缩短开发周期，降低研制成本。
主控装置中的电源电路用于将交流220v的舰船电源转换为直流±5v和＋24v的电源，分别作为控制电路和温度传感器与变送器的电源；绝缘监测报警电路用于监测各路传感器的接线是否断路、短路或绝缘性是否降低；信号输入转换电路用于对温度电流信号进行采样，转换为电压信号并滤波，然后经多选一模拟转换开关(cd4051)完成通路选择，直接送入pic单片机进行a/d转换。由于pic单片机本身只带有eprom，因而采用一片外部e2prom(24lc01)作为数据存储器保存各种参数，用于标定系统、校正测量结果等，它与cpu之间通过两根线进行串行通信，调节过程由按钮完成。此外，主控装置中还包括参数调节电路、温度数字显示电路和声光报警电路等。
温度传感器采用pt100型铂热电阻(rtd)。信号变送器用于将rtd电阻值随温度的变化量转换成电流信号，实现远距离的信号传送。传统的测温电桥是将rtd电阻值随温度的变化量转换成电压信号，由于rtd的电阻分度数很小(pt100的分度数只有0.390802w/℃)，因此在温度－电压信号测量系统中，线路电阻(包括连接电缆电阻和接插件电阻)对测量精度的影响很大，特别是线路电阻中的接插件电阻，由于插拔和接触面氧化等原因，使得由此引起的测温误差无法消除。本文提出的温度－电流信号变送方案，不但可以从根本上解决这一问题，而且还可以对rtd电阻值随温度的变化量进行线性补偿，提高测量精度。

关键技术
信号变送器电路设计
信号变送器相当于一个受rtd阻值控制的受控电流源，该电流的大小仅与温度有关，而与传输线的电阻无关。
信号变送电路的核心是xtr105芯片，它是美国ｂｂ公司生产的、用于温度检测系统中的一种温度—电流变送芯片，具有外围电路简单、可对rtd线性化及抗干扰能力强等特点。采用xtr105芯片组成的信号变送电路如图2所示。
图中vp为+24v的传感器电源，变送器输出的电流经过一个取样电阻rl而变为电压信号v0。输出电流i0的大小只与rtd电阻值有关，而与线路电阻和rl无关(rl在一定范围内)。
xtr105中有两个0.8ma精密电流源对rtd进行激励，rz为调零电阻，通过调节rz的阻值可使xtr105在温度下限时输出4ma电流。rcm给xtr105提供一个共模电压，其两端并上一个0.01mf电容以减小噪声。rlin1提供一个正反馈，用于对rtd电阻中的二次项进行补偿。电阻rg根据设计的测温范围而设定，它决定了放大器的放大倍数。三极管q1是4~20ma电流回路中主要的电流传导部件，该器件将外部电源电流与xtr105的内部消耗严格地分开。由于外接三极管是位于反馈回路中的，其参数不能在零界点上，所以要求vceo不得低于45v，bmin=40，pd=800mw。信号变送器的电压、电流传递函数为：
i0=4ma+vin(40/rg)
式中vin为vin+、vin-两端的输入电压。
因实际电路中的元件参数值与标称值间存在容差，为获得较理想的温度－电流变送特性，一般rz和rg的阻值要在公式计算的基础上再通过实验调节确定。舰用测温装置所设计的测温范围为0~100℃(pt100相应的阻值范围为100~138.5w)，具体调节时，先令rtd阻值为100w，调节rz的大小(见图2)，使输出电流为4ma；再令rtd阻值为138.5w，调节rg的大小，使输出电流为20ma。由于每一个变送器电路元件的参数有一定的离散性，rz的值分布在100.1w~100.5w之间，rg的值分布在82.1w~82.5w之间，如果采用电位器来代替这两个电阻，又会影响变送器的可靠性和稳定性。因此，本文采用配电阻的方法，即由4个不同的标称电阻配成一个相对任意的精密电阻。
rtd的非线性校正
rtd电阻值