校研究性学习-研究性学习—电子温度计的制作论文

1、利用PT100铂热电阻与TL431自制可读值温度传感器高二（ 5）班 彭健 蒋晟 何况 白梓龙指导老师：王健平一、问题的提出电子化生活成为了一种趋势 ,更多的工具迈向电子化 ,.而生活中最常用的水银温度计 在打破后其玻璃碎片和水银能对人们造成伤害的危险 ,所以 ,我们提出了这样一个设想 :能 不能制作出一种简单实用的电子控制的温度计 ,为我们的日常生活提供更好的保障 .目前可读值温度传感器 （温度计量系统） 已经广泛应用在工业、 农业生活各个领域， 而且有多种成型产品。但传统产品为了注重其精度和适应各种环境，如高温、超低温、 高湿度、电磁场等环境，加载了很多特殊防护进行了特殊处理，使得产品造价

2、昂贵、结 构复杂，得不到普及。给技术人员尤其是学生进行实验，研究带来了困难。本文将结合 实验严究和实际应用于一身，自制一套价格低廉、量程大、精度高、原理简单、操作方 便、拓展范围大的可读值温度传感器。TL431是TL.ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。 其参数高（高精度，低温漂）, 性价比高，他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置从 2.5 伏到 36 伏范围内的任何 值。近来在国内外得到了广泛应用。本文介绍的测温电路，利用可调精密并联稳压器 TL431和铂电阻构成工作电流可调的恒流源。流过铂电阻的电流在极宽的阻值范围内保 持恒定值，有效的提高了温度测量精度。二、研究的目1、为了使人们生活

3、更加便捷安全。2、减少水银之类的有害物质与人们接触的机会。3、实现绿色环保，有利于大批量生产。三、应用原理我们打算用热敏电阻作为探头 ,电流表作为表盘 ,利用电阻随温度变化而变化电流的方法得知温度数据 .探头 Pt100利用热敏电阻 Pt100 随温度增加电阻值减小的性质制作温度计探头具有灵敏度 高、体积小、热响应快、缺点是非线性而且反应时间比较慢 . 铂电阻测温精度高，性 能稳定，互换性好，价格便宜，使用寿命长，测量范围大，应用十分广泛。但一些测 温电路没有采用恒流措施，使流过铂电阻的电流随其阻值变化而变化带来了较大的测_&冷口辛量误差。Pt100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、

4、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度 /阻值对应关系为 1 ：（1） -200Ct0C时，RPt100=1001+At+Bt2+Ct3 （t-100）(2) 0 CW t 10-7; C=4.2735 10-12。Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200C+850C ;允许偏差值AC： A 级(0.15+ 0.002 | t)|, B 级(0.30+ 0.005 | t)|;热响应时间 200mm允通电流w5mA另外，Pt100温度传 感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。Pt100在各温度下对应的阻值(参考无锡市精信流量计公司资料)温度0123 45 67

5、89(C)电阻值(Q)3088.0487.64二87.2486.84 186.4486.0485.6385.2384.8384.432092.0491.6491.2490.84 j90.4490.0489.6489.2488.8488.441098.0395.63二95.2394.83二94.4394.0393.6393.24 :92.8492.440100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104

6、.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.216

7、0123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08 1134.47134.8890135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.32138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79

8、142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.84150.22130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03140154.41154.79155.17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83150158.21158.59158.97159.35159.73160

9、.11160.49160.86161.25161.62160162.00162.38152.76133.13163.51163.89164.27164.64165.0165.40170165.78166.16166.53136.91167.28167.65168.03168.41168.7169.10180169.54169.91170.29170.57171.04171.42171.79172.17172.5172.92190173.29173.67174.04174.41174.79175.16175.54175.91 1176.2176.66200177.03177.40177.7817

10、8.15178.52178.90179.27179.64180.0180.39210180.76181.13181.51131.88182.25182.62182.99183.36183.7184.11220184.48184.85185.22135.59185.96186.33185.70187.07187.4187.81,230188.18188.55188.92139.29189.66190.03190.40190.77191.1191.51240191.88192.24192.61132.98193.35193.72194.09194.45194.8195.19250195.56195

11、.92196.29136.66197.03197.39197.76198.13198.5198.86260199.23199.50199.90200.33200.69201.06201.42201.79202.1202.52270202.89203.25203.62 203.98 204.35204.71205.08205.44205.8206.11280206.53206.90207.26207.63 207.99208.35208.72209.08209.4209.81290210.17210.53210.89211.26 211.62211.98212.34212.71213.0213.

12、43300213.79214.15214.51214.88 215.24215.60215.96216.32216.6217.04310217.40217.76218.12218.49 218.85219.21219.57219.93220.2220.64三端稳压基准器TL431TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源.它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从 Vref(2.5V)到36V范围内的任何值.该器件的典型动态阻抗为0.2欧姆，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调 压电源，开关电源等等.CATHOOEAWOOt如图可以看到VI内部是一个

13、2. 5V的基准源，接 在运放的反输入端.由运放的特性可知，只有当REF端 (同相端)的电压非常接近 VI(2.5V)时三极管中才会有 一个稳定的非饱和电流通过，而且随着 REF端电压的 微小变化，通过三极管的电流将从 1到100mA变化。 当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能 简单地用这种组合来代替它。但在分析应用时，可以近 似看作该图结构.电路结构在整个电路 中,R1起限流作 用,TL431使得 AB间的电压值 为2.5V,这样调节R(3)可使通过 PT100的电流小 至这 10MA.123 处这为T084中的 其中三组电压跟随器，它们的闭环 电压放大倍数 A(VF)=1,即

14、输出电压与输入相等，相位相同.3R(5)-R(10)为限流电阻.由于电压跟随器 输入电阻大 ,输出电阻小 ,所以电压、跟随器后面的电路即可以按压电压进行工作、 改变， 而不会影响到前面的电路部分。因为 PT1 00能测得的最低温度为 -200度，此时 PT100 的阻值为17.28欧姆，这里为了切合实际需要我们以-50度为最低温度。此时PT100的 阻值为80欧姆。PT100两端电压为V=IR=0.01*80=0.8伏,所以要通过调节R使F点 电压为 0.8 伏,因为要通过安培表盘把温度值显示出来 ,所以必须进行调零 .这里我们把 -50度即PT100阻值为80欧姆时为零点。当PT100阻值为

15、80欧姆时，两端电压为 V=RI=80*0.01=0.8 伏,为了使安培表读值为零 .这里利用 TL084 中的第四组电压跟随器 制成一个减法器 .其运算过程如下 :V(A)=0V(B)=2.5VV(C)=2.5V+V(PT100)V(M)=V(C)-V(B) =2.5V+V(PT100)-2.5V=V(PT100)(对地电压)V(N)=0.8V(对地电压)所以V(R)-V(F)=V(PT100)-0.8这样当温度为-50度即PT100阻值为80欧姆时，在安培表的读值为零。然后利 用电位计模拟PT100,对照PT100电阻分度表，调到相应的阻值，在表盘记下相应 的温度值即可，由于表盘的范围有限

16、，我用电阻对安培表进行测量，这里我们分了 两个量程，-50度一600度。R( 15)和R( 16)就是对这两个量程进行扩容的电阻， 我用的安培表满偏电流为 0.5MA,其扩容过程如下：V(PT100)=R(PT100)*I(PT100)当为-50度一100度量程是，满偏时PT100的阻值为R(PT100)=139.1欧姆 V(PT100)=139.1*0.0 仁1.391(伏)MN 两间电压 V(MN)=V(PT100)-0.81=1.391-0.8=0.59(伏)安培表总阻值为：R=V/l=0.5a1/0.0005=1182(欧)电流表内阻为：R(内)=700(欧)所以扩容电阻 R(15)=1182-700=482(欧)同理当为-50度一600度量程时，满偏时PT100阻值为317.06欧V (PT100) = R(PT100)*I(PT100)= 317.06*0.01 = 3.1706(伏)V (MN) = V(PT100)-0.8 = 3.1706-0.8 = 2.3700(伏)安培表阻值为 ：R = V/I = 2.5106/0.5*10A-3 = 4741.2(欧)五、研究过程1、精读物理课本，找出有关资料2、组员讨论分析，确定研究