热电阻的测温电路

《热电阻的测温电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热电阻的测温电路（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Pt100热电阻的测温电路 摘要 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增长而增长这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，目前已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器重要是运用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度 检测精度规定比较高的场合，这种传感器比较合用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范畴宽、 加工容易等特点。用于测量-200+500范畴内的温度。温度测量系统应用广泛，波及到各行各业的各个方面，在多种不同的领域中都占有重要的位置。从减少开放成本

2、扩大合用范畴、系统运营的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不仅可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运营稳定、可靠，电路设计简朴实用。核心字 传感器 Pt100热电阻 温度测量目录1 前言4朗显示相应的拉丁字符的拼音 11 传感器概况4 12 设计目的72 设计规定8 21 设计内容8 22 设计规定93 原器件清单104 Pt100热电阻的测温电路11 41 总体电路图11 42 工作原理115 Pt100热电阻测温电路的原理及实现12 51 测温电路的工作原理12 52 测温电路的实现14 53 测量

3、成果及成果分析156 制作过程及注意事项16 61 制作过程16 62 注意事项177 总结188 道谢19参照文献201 前言11 传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，可以探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学构成（如烟雾），并将探知的信息传递给其她装置或器官。国标GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件和转换元件构成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其她所需形式的信息输出，以满足信息的传播、解决、存储、显示、记录和控制等规定。它是

4、实现自动检测和自动控制的首要环节。 “传感器”在新韦式大词典中定义为： “从一种系统接受功率，一般以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，因此不少学者也用“换能器Transducer”来称谓“传感器Sensor”。传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种状况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在运用信息的过程中，一方面要解决的就是要获取精确可靠的信

5、息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的重要途径与手段。 在现代工业生产特别是自动化生产过程中，要用多种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最佳的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基本。 在基本学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观测上千光年的茫茫宇宙，微观上要观测小到 cm的粒子世界，纵向上要观测长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反映。此外，还浮现了对深化物质结识、开拓新能源、 新材料等具有重要作用的多种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场

6、、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息， 没有相适应的传感器是不也许的。许多基本科学研究的障碍，一方面就在于对象信息的获取存在困难，而某些新机理和高敏捷度的检测传感器的浮现，往往会导致该领 域内的突破。某些传感器的发展，往往是某些边沿学科开发的先驱。 传感器早已渗入到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环保、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至多种复杂的工程系统，几乎每一种现代化项目，都离不开多种各样的传感器。 由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分注

7、重这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会浮现一种奔腾，达到与其重要地位相称的新水平。传感器的原理传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成 电信号。化学传感器涉及那些以化学吸附、电化学反映等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供15V电源，激磁电 路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，通过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到5V的直流电源，该

8、电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组 成的高精度稳压电源产生4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV 级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级 线圈传递至静止次级线圈，再通过外壳上的信号解决电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供应专用二次仪 表或频率计显示也可直接送计算机解决。由于该旋转变压器动-静环之间只有零点几毫米的间隙，

9、加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽， 因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基本运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的也许性，价格问题等，解决了此类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。12 设计目的1通过对铂电阻测温的研究,采用以运算放大器电路为基本的校正补偿措施,结合算法简朴、校正精度高的线性插值软校正措施,有效地解决铂电阻测温电路的非线性误差问题,提高了测量精度。完毕PT100电阻测温电路的设计到竣工的全过程。2通过本次课程设计，提高我们的动手能力，并且让我们深刻理解到一种电路板从设计

10、到竣工的所有过程。提高我们的合伙能力与团结互助精神。为我们后来的学习和工作打下坚实的基本。3掌握控制系统的基本概念、基本理论，熟悉控制系统的安装，调试与运营的基本知识。4在学习过程中，学会运用观测、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用 比较、分类、归纳、概括等措施对信息进行加工。5能对自已的学习过程进行筹划、反思、评价和调控，提高自主学习的能力。6.通过理论实践一体化的学习过程，进一步理解实践与理论之间的互相关系。7.通过多种实践活动，思考优化实践的过程和措施，并尝试改善，尝试运用技术和研究措施解决某些工程实践问题。8.通过实践活动，培养质疑意识，具有分析、解决问题的能力。2 设计规定21

11、 设计内容铂电阻温度传感器是运用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量精确度高，测量范畴大，复现性和稳定性好，被广泛应用于中温（-200-650）范畴的温度测量中。PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50-600范畴内具有其她任何传感器无可比拟的优势，涉及高精度，稳定性好，抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，因此需要进行非线性校正。常用的PT电阻接法有两种，分别为三线制和两线制，本次课程实际采用两线制。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路；一为恒流源式测温电路。本次课程设计采用桥式测温电路。22 设计规定1按照实验原理：以获得被测量温度的两线制铂热电阻

12、、一运算放大电路及一调零电阻；所述两线制铂热电阻涉及一正端子、一负端子，其特性在于，所述恒流源连接所述两线制铂热电阻的正端子，所述运算放大电路的输入端接所述两线制铂热电阻的正端子，所述调零电阻的一端连接所述两线制铂热电阻的负端子，其另一端接入电路中；该放大器的输出电压和热电阻的电阻变化值成线性关系。2规定学生掌握原理后，自己设计出电路图并将电路刻在板子上，通过一系列的刷漆，浸泡，焊接等过程完毕PT100电阻测温电路的实现。3.掌握检测仪表与传感器的工作原理、使用和工程选用措施，能根据规定选用和使用常用传感器。4.掌握简朴控制系统分析、应用措施和初步具有单回路控制系统的能解决典型系统的一般故障，

13、具有理解过程控制技术应用新动向和进一步学习过程控制技术的能力。 3 元器件清单序号元器件名称型号数量备注1PT10012运算放大器LM32413滑动变阻器TL43114滑动变阻器IN473315电容10316电容10417电阻ROMH22K8电阻ROMH2100K9电阻ROMH41K4 Pt100热电阻的测温电路41 总体电路图图1 两线制接法桥式测温电路42 工作原理测温原理：二线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。电流回路和电压测量回路合二为1。电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096的参照电源：采用R1，R2，VR2，PT100构成测量电桥（其中R1=R2

14、,VR2为100精密电阻），当PT100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一种级的压差信号，这个压差信号通过运放LM324放大后输出盼望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4，R5=R6,放大倍数=R5/R3.运放采用单一5V供电。5 Pt100热电阻的测温电路的原理及实现51 测温电路的工作原理1工作原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前重要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用如下的近似关系

15、式表达，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（一般t0=0）时相应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的构造的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（一般在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范畴只有-50300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般合用于-200500范畴内的温度测量，其特点是测量精确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 2.热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，一般需要

16、把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其他一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量成果会有较大的影响。目前热电阻的引线重要有三种方式 1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线措施很简朴，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只合用于测量精度较低的场合 2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式一般与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。 3四线制：在热电阻的根部两端各连接

17、两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，重要用于高精度的温度检测。 在本次设计中，实验室采用了二线制接法。 3.热电阻的构造形式和热电偶温度传感器相类似，工业上常用的热电阻重要有一般装配式热电阻和铠装热电阻两种型式。 一般通装配式热电阻是由感温体、有锈钢外保护管、接线盒以及多种用途的固定装置级成，安装固定装置有固定外螺纹、活动法兰盘、固定法兰和带固定螺栓锥形保护管等形式。铠装热电阻外保护套管采用不锈钢，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。与前者相比，

18、铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的长处。对于某些特殊的测温场合，还可以选用某些专业型热电阻，如，测量固体表面温度可以选用端面热电阻，在易燃易爆场合可以选用防爆型热电阻，测量震动设备上的温度可以选用带有防震构造的热电阻等。52 测温电路的实现1.同幅度调节R1和R2的电阻值可以变化电桥输出的压差大小；2.变化R5/R3的比值可变化电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范畴的规定；3.放大电路需接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作；4.VR2为滑动变阻器，调节滑动变阻器的阻值大小可以变化温度的零点设定，例如，PT100的零点温度为0，即0时电阻为100，当阻值

19、调节到109.855时，温度的零点就被设在了25。测量滑动变阻器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是由于接入电路后测量的电阻值发生了变化；5.理论上，运放输出的电压为输入压差信号*放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非由这样的关系，压差信号比理论值小诸多，实际输出信号为4.096*（Rpt100/(R1+Rpt100)-Rvr2/(R1+Rvr2)式中电阻值以电路工作时量取的为准。 6.电桥的正电源必须接稳定的参照基准，由于如果直接接VCC的话，当电网波动导致VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生变化，此时再到VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不对的了，

20、这可以根据上式进行计算得知。 7.理论分析完后，将电路图刻在板子上，然后通过刷漆，腐蚀，焊板，调试等一系列过程后，进行下一步测量成果。53 测量成果及成果分析一检测成果：1. 一方面，把Rpt100=110，R1=，Rvr2=100算出理论的输出电压值 为0.0179V；当温度升高时Rpt100=111.5，R1=，Rvr2=100时，算出理论的输出电压值为0.0207V；2. 放大倍数为100倍，用万用表测出输出电压为1.75mV；将铂电阻的温度升高某些后，再测量出输出电压为1.98mV。二成果分析：测量出的电压输出值与其理论值有些出入，分析因素也许及改善措施有如下几点：1. 在万用表测量其

21、输出电压时，不同的时刻读到的值不同，导致一定误差。可采用更精确的测量装置能减小误差。2. PT100引线电阻随着温度变化对实验成果导致影响。实际应用中常采用三线制或四线制接线方式，但实验室提供的PT100只有两根引线，无法减小引线电阻变化的影响。3. 测温电路自身的非线性等因素。此项误差由电路设计保证，非常小，可以忽视不计。6 制作过程及注意事项61 制作过程1 按照电路图，运用protel99SE软件画出PCB图，按照尺寸将PCB布线图用复写纸画到覆铜板上；2 用直径为1.0mm的电钻钻头在PCB板上按位钻孔；3 按照之前的布线轨迹，用细毛笔涂油漆的措施覆盖所有布线轨迹，描好后晾干，为了美丽

22、，还可以用小刀把线条修整洁；4 把以上环节做好的板子放入三氯化铁溶液中，由于腐蚀的速度与腐蚀液的浓度，温度及腐蚀过程中采用抖动有关，因此为了保证制板质量及提高腐蚀速度，可以采用抖动和加热的措施；5 用溶液将板子腐蚀完毕后用自来水将板子冲洗干净；6 用洗甲水将板子上残留的油漆洗干净至露出覆铜；7 按照电路图，将相应的元件按照原图焊接到板子的相应位置；8 焊接完毕后，进行调试及测量，并对成果进行分析。62 注意事项一般来说，导致硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运营。导致焊接质量不高的常用因素是:1焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,局限性以包裹焊点。2冷焊。

23、焊接时烙铁温度过低或加热时间局限性,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹。3夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,导致电连接不良。若夹杂加热局限性的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热局限性的松香膜的状况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。4焊锡连桥。指焊锡量过多,导致元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。5焊剂过量,焊点明围松香残渣诸多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可

24、以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。6焊点表面的焊锡形成锋利的突尖。这多是由于加热温度局限性或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。最小系统的电路不工作，一方面应当确认电源电压与否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看与否符合电源电压，常用的是5V左右。接下来就是检测复位引脚的电压与否正常，EA引脚的电压要正常为5V左右。尚有就是要注意三氯化铁溶液，虽然三氯化铁溶液对人体皮肤不会有不良影响，但是如果三氯化铁溶液滴到衣服或地面上那是难以洗掉的，因此使用时应当特别小心。印刷板制作工艺存在的问题：印刷版各线条应根据需要合理的布局，否则上油漆时就容易碰触而导致短路现象，因

25、此在上油漆时应当特别认真，避免两条线接触到。如果不小心两条线接触在了一起，则应当用小刀划开。7 总结本次课程设计，是由两个人共同完毕的，由于本学期刚刚结束的课程传感器与检测技术的学习，使我们对于热电阻测温度的设计电路更加熟悉，每一种环节都贯穿着刚刚学过的传感器的内容，使我理解到传感器与检测技术这门课程的重要性。从刚开始的看到设计图，到拿到元件、芯片及板子，再到自己亲自动手制作PCB板，最后到焊完板子后的调试及测量，我们经历了大概一周的设计、制作及焊接，在这个过程中，我们也遇到诸多问题，但是并没有灰心，积极向教师和同窗请教，并且一遍又一边的反复实验，直到调试成功。并且，我们的努力也没有白费，通过

26、认真严谨的设计态度给我们带来了成功的喜悦。通过这次传感器课程设计，我掌握了设计一种传感器电路的措施和基本环节，实际解决了设计中浮现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。培养了我们的设计思维，增长了实际操作能力。本次传感器课程设计的成功不仅协助我们更好的掌握课本知识，特别重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力。参照文献1 电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE.夏路易 石宗义.北京但愿电子出版社.2 传感器与检测技术.陈杰 黄鸿.高等教育出版社.3 传感检测技术及应用M.张琳娜 刘武发.中国计量出版社.19994 传感器原理及应用. 吴建平.机械工业出版社，.5 杨清梅,孙建民.传感器与测试技术M.哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社,.6 范晶彦.传感器与检测技术应用M.北京:机械工业出版社,.7 王俊峰,孟令启.现代传感器应用技术M.北京:机械工业出版社,.8 宋文绪,杨 帆.自动检测技术M.北京:高等教育出版社,.