PT100铂热电阻测温实验

1、5PT100铂热电阻测温实验（预习报告）一、实验原理1.铂热电阻工作原理铂热电阻的电阻值可以随温度而上升，因而可以用来测量温度。铂电阻用来测量温度有很多其它金属所无法比拟的优点：温度和电阻的关系接近于线性关系，偏差极小，且性质稳定，不随时间和化学环境的变化而有明显的变化，可靠性好，热响应时间短oPT100铂热电阻是指该电阻在0摄氏度的时候电阻值为100欧。2.实验设计电路目前使用铂热电阻测量温度的主要方法有电桥式和恒流源式，目前用于气象温度测量的主要是恒流源式的方法。因为本实验的目的主要在于探究铂电阻在测温中的应用，所以在这里我把两种方案都讨论一下。图1恒流源式铂电阻测温电路恒流源与铂电阻组成

2、电流回路，放大器和铂电阻组成电压回路。电流回路中的电流是恒定的，当铂电阻的电阻值随温度发生变化时，其两端的电压会发生相应的变化，放大器是输入阻抗极大的集成电路，因此电压回路中的电流极小，铂电阻两端的电压可以经过很长的导线传输而几乎没有损失，消除了导线电阻的影响，放大器的输出经过A/D转换器即可转换为相应的数字信号。在这种检测电路中，对恒流源以及A/D转换电路参考电压的准确度和稳定性要求比较高，会给最后的温度测量带来一定的误差。如图2所示为我设计的恒流源图2我设计的恒流源1该恒流源输出可调，可以控制测量系统的灵敏度，输入输出关系为IoutV.0.7m推导过程：由于运算放大器处于深度负反馈状态，所

3、以有Vin=V1,三极管上压降大约为0.7V，所以V2=Vin-0.7，由此流过电阻的电流为V.0.7me=R1由于三极管的射极电流和集电极电流大致相等，所以有IuIouteV.0.7mR1上图所示的电路中输入电压在10V的时候，输出电流为5mA。虽然上图中所示电路较为精确，不过因为输出没有接地，所以电压是浮空的。对于有接地要求的测量无法满足要求，所以有改进型的Howland电流源，如图3所示。该可控恒流源的输入输出关系为/=V冷*右卩X=3=4outDvDD“5K1K2上图所示的电路中输入电压为10V时输出电流为5mA。推导过程：根据放大器深度反馈时具有的深度反馈的性质有下列等式成立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，的条件下可以推出下列等式R1(U6U5)=R3(UiU2)又因为IoutVn=U1U2所以/out接下来讨论电桥式铂电阻测温的方法，也就是实验指导书中要求的方法，电桥式铂电阻测温常用的有三线制和四线制，分别如图4图5所示。由于实际测量中，电阻变化不大，且需要减小测量电路对电桥的影响，所以我们需要加上一个前级放大。我们对前级放大的要求有：输入输出线性度好，电路产生噪声小，输入阻抗越大越好，比较好的选择是仪用放大器，不过由于要求是使用运算放大器，所以

5、我们设计了一个差分放大器如图6所示。V1Vout图6差分放大器设计该放大器的输入阻抗约为集成运放的输入阻抗，由于是差分放大，能有效抑制共模噪声，在不超过0.9倍电源轨的情况线性度非常好。该电路在R3=R1,R5=R4,R6=R7的情况下，输入输出方程为(R+R)RV=out1*6(y-y)RRI12丿24上图中的电路放大倍数为6倍。推导过程：如图所示，根据放大器虚短虚断可以推出下列等式-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=驴6（心+）卫=傀在R3=R1R5=R4,R6=R7的时候，V=out这些等式可以化简为（R+R）R1*z94二、实验目的通过自行设计热电阻测温方案，加深对温度传感器工作原理的理解。了解铂热电阻的特性与应用。掌握测温电路的设计与实验数据的分析方法。三、实验内容设计ptioo铂热电阻测温电路。测量ptioo的温度与电压关系，要求测温范围为室温65C，误差允许范围：2C，输出电压为04V,输出以电压方式记录。通过测量所得数据进行误差分析。四、实验设备ptioo铂热电阻，面包板，传感器实验仪，双路直流稳压电源，数字万用表。五、实验步骤完成