PT100鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)

1、5PT100鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)（預(yù)習(xí)報(bào)告）一、實(shí)驗(yàn)原理1.鉑熱電阻工作原理鉑熱電阻的電阻值可以隨溫度而上升，因而可以用來測(cè)量溫度。鉑電阻用來測(cè)量溫度有很多其它金屬所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：溫度和電阻的關(guān)系接近于線性關(guān)系，偏差極小，且性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和化學(xué)環(huán)境的變化而有明顯的變化，可靠性好，熱響應(yīng)時(shí)間短oPT100鉑熱電阻是指該電阻在0攝氏度的時(shí)候電阻值為100歐。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路目前使用鉑熱電阻測(cè)量溫度的主要方法有電橋式和恒流源式，目前用于氣象溫度測(cè)量的主要是恒流源式的方法。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的目的主要在于探究鉑電阻在測(cè)溫中的應(yīng)用，所以在這里我把兩種方案都討論一下。圖1恒流源式鉑電阻測(cè)溫電路恒流源與鉑電阻組成

2、電流回路，放大器和鉑電阻組成電壓回路。電流回路中的電流是恒定的，當(dāng)鉑電阻的電阻值隨溫度發(fā)生變化時(shí)，其兩端的電壓會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，放大器是輸入阻抗極大的集成電路，因此電壓回路中的電流極小，鉑電阻兩端的電壓可以經(jīng)過很長(zhǎng)的導(dǎo)線傳輸而幾乎沒有損失，消除了導(dǎo)線電阻的影響，放大器的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器即可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。在這種檢測(cè)電路中，對(duì)恒流源以及A/D轉(zhuǎn)換電路參考電壓的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性要求比較高，會(huì)給最后的溫度測(cè)量帶來一定的誤差。如圖2所示為我設(shè)計(jì)的恒流源圖2我設(shè)計(jì)的恒流源1該恒流源輸出可調(diào)，可以控制測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度，輸入輸出關(guān)系為IoutV.0.7m推導(dǎo)過程：由于運(yùn)算放大器處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，所

3、以有Vin=V1,三極管上壓降大約為0.7V，所以V2=Vin-0.7，由此流過電阻的電流為V.0.7me=R1由于三極管的射極電流和集電極電流大致相等，所以有IuIouteV.0.7mR1上圖所示的電路中輸入電壓在10V的時(shí)候，輸出電流為5mA。雖然上圖中所示電路較為精確，不過因?yàn)檩敵鰶]有接地，所以電壓是浮空的。對(duì)于有接地要求的測(cè)量無法滿足要求，所以有改進(jìn)型的Howland電流源，如圖3所示。該可控恒流源的輸入輸出關(guān)系為/=V冷*右卩X=3=4outDvDD“5K1K2上圖所示的電路中輸入電壓為10V時(shí)輸出電流為5mA。推導(dǎo)過程：根據(jù)放大器深度反饋時(shí)具有的深度反饋的性質(zhì)有下列等式成立uu62

4、*R+U=R+R2242UU51*R+U=R+R1131尺2*6+尺4*2R+R24R*U+R*U1531Ri+Yu=u43在R3=R4,R1=R2，的條件下可以推出下列等式R1(U6U5)=R3(UiU2)又因?yàn)镮outVn=U1U2所以/out接下來討論電橋式鉑電阻測(cè)溫的方法，也就是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中要求的方法，電橋式鉑電阻測(cè)溫常用的有三線制和四線制，分別如圖4圖5所示。由于實(shí)際測(cè)量中，電阻變化不大，且需要減小測(cè)量電路對(duì)電橋的影響，所以我們需要加上一個(gè)前級(jí)放大。我們對(duì)前級(jí)放大的要求有：輸入輸出線性度好，電路產(chǎn)生噪聲小，輸入阻抗越大越好，比較好的選擇是儀用放大器，不過由于要求是使用運(yùn)算放大器，所以

5、我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)差分放大器如圖6所示。V1Vout圖6差分放大器設(shè)計(jì)該放大器的輸入阻抗約為集成運(yùn)放的輸入阻抗，由于是差分放大，能有效抑制共模噪聲，在不超過0.9倍電源軌的情況線性度非常好。該電路在R3=R1,R5=R4,R6=R7的情況下，輸入輸出方程為(R+R)RV=out1*6(y-y)RRI12丿24上圖中的電路放大倍數(shù)為6倍。推導(dǎo)過程：如圖所示，根據(jù)放大器虛短虛斷可以推出下列等式-V（R+R）V-R*VTOC o 1-5 h z=V21*R=21112 HYPERLINK l bookmark40 1R1R22-V（R+R）V-R*V=V12*=32231 HYPERLINK l bookmark44 2R32Vout=驢6（心+）衛(wèi)=傀在R3=R1R5=R4,R6=R7的時(shí)候，V=out這些等式可以化簡(jiǎn)為（R+R）R1*z94二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^自行設(shè)計(jì)熱電阻測(cè)溫方案，加深對(duì)溫度傳感器工作原理的理解。了解鉑熱電阻的特性與應(yīng)用。掌握測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)ptioo鉑熱電阻測(cè)溫電路。測(cè)量ptioo的溫度與電壓關(guān)系，要求測(cè)溫范圍為室溫65C，誤差允許范圍：2C，輸出電壓為04V,輸出以電壓方式記錄。通過測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備ptioo鉑熱電阻，面包板，傳感器實(shí)驗(yàn)儀，雙路直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字萬用表。五、實(shí)驗(yàn)步驟完成