傳感器參數(shù)檢定PT100測(cè)溫PT100電阻標(biāo)定

1、傳感器參數(shù)檢定傳感器參數(shù)檢定 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：機(jī)電與信息工程學(xué)院年級(jí)： 2010 級(jí) 專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 摘摘 要要本文首先簡(jiǎn)要介紹鉑電阻 PT100 的特性以及測(cè)溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于 PT100 的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，是以鉑電阻 PT100 作為溫度傳感器，采用恒流測(cè)溫的方法，通過(guò)放大器進(jìn)行溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將 0300溫1度等價(jià)到 02V 電壓輸出。本設(shè)計(jì)采用了四線制鉑電阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減小了測(cè)量電路及 PT100 自身的誤差，使溫控精度在 0300范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：PT100 溫度測(cè)量 儀用放大器AbstractT

2、his article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisiti

3、on the temperature signal, it use of constant-current temperature measurement method and Amplifier, In addition, it designs a clock circuit modules to achieve real-time measurement of temperature.It can still improve the perform used four-wire temperature circuit and reduce the measurement eror. Key

4、words: PT100 Temperature Measures Instrument amplifier 前言前言熱電偶是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。常用的熱電偶材料有鉑銠-鉑、銥銠-銥、鎳鐵-鎳銅、銅-康銅等，各種不同材料2的熱電偶使用在不同的測(cè)溫范圍場(chǎng)合。熱電偶的使用誤差主要來(lái)自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤差、動(dòng)態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。非接觸式溫度傳感器主要是被測(cè)物體通過(guò)熱輻射能量來(lái)反映物體溫度的高低，這種測(cè)溫方法可避免與高溫被測(cè)體接觸，測(cè)溫不破壞溫度場(chǎng)，測(cè)溫范圍寬，精度高，反應(yīng)速度快，既可

5、測(cè)近距離小目標(biāo)的溫度，又可測(cè)遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對(duì)較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問(wèn)題，而且其輸出受與被測(cè)量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求測(cè)量的范圍為 0300，綜合后續(xù)的電路，決定采用線性度相對(duì)較好的 PT100 作為本課題的溫度傳感器。系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理首先用標(biāo)準(zhǔn)熱電阻（PT100）對(duì)普通 PT100 進(jìn)行標(biāo)定，準(zhǔn)確得到普通PT100 的阻值與溫度的關(guān)系；接下來(lái)設(shè)計(jì)放大電路，把 PT100 阻值的變化轉(zhuǎn)換成 02V 電壓輸出；再經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)單片機(jī)簡(jiǎn)單處理，再根據(jù)公式換算把測(cè)量得的溫

6、度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。一、課題設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求一、課題設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容：首先用標(biāo)準(zhǔn)熱電阻（PT100）對(duì)普通 PT100 進(jìn)行標(biāo)定，準(zhǔn)確得到普通 PT100 的阻值與溫度的關(guān)系；接下來(lái)設(shè)計(jì)放大電路，把 PT100 阻值的變化轉(zhuǎn)換成 02V 電壓輸出；再經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)單片機(jī)簡(jiǎn)單處理，進(jìn)行相應(yīng)的顯示。主要要求：主要要求：0300對(duì)應(yīng) 02V、掌握恒流源的設(shè)計(jì)、區(qū)別各種放大電路的利弊、掌握四線制 PT100 的接線、以及動(dòng)手繞制熱電阻（R=50） 。Cu503二、硬件設(shè)計(jì)二、硬件設(shè)計(jì)一、對(duì)普通一、對(duì)普通 PT100 進(jìn)行標(biāo)定進(jìn)行標(biāo)定首先

7、需要對(duì)普通 PT100 進(jìn)行標(biāo)定，恒溫槽能在工作區(qū)域內(nèi)提供恒定穩(wěn)定的溫度，標(biāo)定方法如下：1、恒溫槽加熱，達(dá)到預(yù)定的溫度；2、將標(biāo)準(zhǔn)的 PT100 和普通四線制 PT100 分別插入兩只試管；再分別深入恒溫槽中，然后同時(shí)記錄兩者的電阻值；3、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) PT100 的電阻值便能方便的測(cè)得普通四線制 PT100 所處的環(huán)境溫度；4、根據(jù)溫度 T 和電阻 R 繪制圖線，得到函數(shù)關(guān)系式；5、重復(fù)測(cè)量，得到回程誤差等靜態(tài)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平均數(shù)據(jù)如下：數(shù)據(jù) 1恒溫槽溫度40455057585960標(biāo)準(zhǔn) PT100 溫度40.4645.5850.4457.1658.3559.3160.36標(biāo)準(zhǔn) PT100 阻值

8、29.3055429.864430.34831.014731.133231.22831.3326普通 pt100 阻值116.1117.998119.872122.529122.882123.256123.663數(shù)據(jù) 2恒溫槽溫度65708090100110120標(biāo)準(zhǔn) PT100 溫度65.2970.180.0889.9199.72109.64119.52標(biāo)準(zhǔn) PT100 阻值31.820332.29633.279234.246535.20836.176637.1396普通 pt100 阻值125.546127.392131.198134.954138.694142.815146.55運(yùn)用 m

9、atlab 得到標(biāo)準(zhǔn) PT100 電阻 R 與溫度 T 關(guān)系如下40204060801001202426283032343638TRstandanrd PT100 R-T由圖可以看出，標(biāo)準(zhǔn) PT100 的溫度 T 與電阻 R 成線性關(guān)系；并且由 matlab計(jì)算得數(shù)據(jù)關(guān)系近似為 R=0.1032T+25.2037；說(shuō)明此恒溫槽溫度穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果誤差小，可進(jìn)行普通四線制 PT100 的標(biāo)定。運(yùn)用 matlab 得到普通四線制 PT100 電阻 R 與溫度 T 關(guān)系如下405060708090100110120105110115120125130135140145150TRfourline PT1

10、00 R-T由圖可以看出，四線制 PT100 的溫度 T 與電阻 R 成二次關(guān)系且具有良好的線性關(guān)系；并且由 matlab 計(jì)算得數(shù)據(jù)關(guān)系近似為R=0.0001t2+0.3677t+101.0601；當(dāng)溫度為零攝氏度時(shí)，PT100 的實(shí)際電阻為101.0601。5三、運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)三、運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)1、考慮到傳統(tǒng)的差分放大電路，即放大差分信號(hào)的同時(shí)抑制共模信號(hào)，但它也有些缺陷。首先，同相輸入端和反相輸入端阻抗相當(dāng)?shù)投也幌嗟?。假定反相輸入阻抗等?100 k，而同相輸入阻抗等于反相輸入阻抗的兩倍，即 200 k。因此，當(dāng)電壓施加到一個(gè)輸入端而另一端接地時(shí)，差分電流將會(huì)根據(jù)輸入端接收的施加電壓而

11、流入。 （這種源阻抗的不平衡會(huì)降低電路的 CMRR。 ）另外，差分放大電路要求電阻的比值匹配得非常精密，否則，每個(gè)輸入端的增益會(huì)有差異，直接影響共模抑制。例如，當(dāng)增益等于 1 時(shí)，所有電阻值必須相等，在這些電阻器中只要有一只電 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其 CMR 便 下 降 到 66 dB（2000:1） 。同樣，如果源阻抗有 100 的不平衡將使 CMR 下降 6 dB。所以我們采用儀用放大電路，可以避免以上缺陷。放大電路如下：輸出電壓 V=(V2-V1)(1+2)()21RR64RR2、為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為精確，避免電阻不精確帶來(lái)的影響，我們采用恒流源給 PT100 供電；同時(shí)為了

12、保證 0是輸出電壓 0V，采用 PT100 與 100 的電阻串聯(lián)，把兩者的電壓相減，即可得到實(shí)驗(yàn)要求。具體電路如下：恒流源部分：6總的電路圖：將此四線制 PT100 插入恒溫槽中，得到不同溫度下的電阻值如下:PT100 阻值第一次輸出電壓 第二次輸出電壓第三次輸出電壓100-0.175-0.189-0.1946105-0.085-0.0915-0.0984110-0.0130.006-0.0021150.11090.10290.09491200.20790.19920.19151250.30530.29640.28741300.40160.39320.38341350.49980.48940

13、.481400.59620.58560.575771450.69220.6820.67211500.7810.77820.76861550.87380.87430.86491600.96910.97110.96041651.06961.06651.05651701.16951.16211.15231751.26041.25831.24811801.36571.35551.34361851.4531.45221.43851901.5411.5451.5371951.63711.64051.63252001.74481.73741.72812051.85091.83321.8232101.9443

14、1.92881.91622121.98221.96831.9521應(yīng)用 matlab 得到 V-R 關(guān)系如下圖所示100120140160180200220-0.500.511.52RVV-R得到輸出電壓 V 與 PT100 電阻 R 的關(guān)系式為 V=0.0193R-2.1066，既在 0220 度范圍內(nèi)，PT100 的線性度非常好。8考慮到電路本身發(fā)熱和其他因素，需重復(fù)測(cè)量其電壓 V 與電阻 R 的關(guān)系，既電阻在 0212 做連續(xù)多次變化，得到如下數(shù)據(jù)：輸出電壓 1輸出電壓2輸出電壓3重復(fù)性誤差1重復(fù)性誤差2重復(fù)性誤差3-0.175-0.189-0.19460.00000%-8.00000%

15、-11.20000%-0.085-0.0915-0.09840.00000%-7.64706%-15.76471%-0.0130.006-0.002316.6667%0.00000%133.33333%0.11090.10290.09490.00000%7.21371%14.42741%0.20790.19920.19150.00000%4.18470%7.88841%0.30530.29640.28740.00000%2.91517%5.86309%0.40160.39320.38340.00000%2.09163%4.53187%0.49980.48940.480.00000%2.0808

16、3%3.96158%0.59620.58560.57570.00000%1.77793%3.43844%0.69220.6820.67210.00000%1.47356%2.90379%0.7810.77820.76860.00000%0.35851%1.58771%0.87380.87430.86490.05719%0.00000%1.07515%0.96910.97110.96040.20595%0.00000%1.10184%1.06961.06651.05650.00000%0.28983%1.22476%1.16951.16211.15230.00000%0.63275%1.4707

17、1%1.26041.25831.24810.00000%0.16661%0.97588%1.36571.35551.34360.00000%0.74687%1.61822%1.4531.45221.43850.00000%0.05506%0.99794%1.5411.5451.5370.25890%0.00000%0.51780%1.63711.64051.63250.20725%0.00000%0.48766%1.74481.73741.72810.00000%0.42412%0.95713%1.85091.83321.8230.00000%0.95629%1.50737%1.94431.9

18、2881.91620.00000%0.79720%1.44525%1.98221.96831.95210.00000%0.70124%1.51851%3、由于鉑是貴重金屬，因此，在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，銅價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是易氧化，不適宜在腐蝕性質(zhì)或高溫下工作。它的測(cè)量范圍為-50+150。動(dòng)手繞制熱電阻（R=50）得到數(shù)據(jù)如下Cu50數(shù)據(jù) 1恒溫槽溫度4045507080標(biāo)準(zhǔn) PT100 溫度45.5845.5850.4470.2280.07標(biāo)準(zhǔn) PT100 阻值29.3055429.864430.34832.30733.279普通銅電阻阻值24.572823.79625.416227.028326.69459數(shù)據(jù) 2恒溫槽溫度8090100110120標(biāo)準(zhǔn) PT100 溫度80.0789.9399.75109.86119.55標(biāo)準(zhǔn) PT100 阻值33.27934.248535.210336.