Pt100铂电阻测温特性传感器课程报告 精品.doc

课题名称： Pt100铂电阻测温特性 第一章 摘要 这次的课程设计，重点是要我们了解Pt100热电阻电压转换方法及Pt100热电阻测温特性与应用。 第二章 设计要求与课题描述 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。 按IEC标准，铂热电阻的使用温度范围为-200850。铂热电阻的特性方程为： 在-2000的温度范围内 Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 广泛的温度测量范围：由于铂的性能稳定，不会因为高温而引起物理或化学变化，铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而之臣的温度传感器。由于电阻的特性曲线是非线性的，标准的电阻与温度关系是以分度表示的形式给出的。用电阻温度多项式表示。但是在实际的测量中，实用温度函数便于测量与计算。介绍一种使用三次基本曲线拟合，获得温度-电阻多项式。 铂电阻传感器有良好的长期稳定性。典型实验数据为：在400度持续300小时,0C时的最大温度漂移为0.02C第三章 课题背景与发展历史热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。金属热电阻的感温元件有石英套管十字骨架结构，麻花骨架结构得杆式结构等。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁镍、钨、银等。热电阻材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加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，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻种类1） 普通型热电阻2） 铠装热电阻3） 端面热电阻4） 隔爆型热电阻 而目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10、R0=100和R0=1000等几种，它们的分度号分别为 Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。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，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。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结果会有较大的影响。第四章 原理分析与公式推导一、原理分析：利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻(500以内)和铜电阻(150以内)。铂电阻是将0.050.07的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷内构成，图241是铂热电阻的结构。在0500以内，它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro系温度为0时的电阻 图241铂热电阻的结构值(本实验的铂电阻Ro100)。A3.9684103，B5.8471072。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计)。实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经差动放大器放大后直接用电压表显示，如图242所示。 图242热电阻信号转换原理图 二、公式推导： 图中V=V1-V2；V1=Rt/( Rt+R5)Vcc；V2=RW/( RW+R6)Vcc； V=V1-V2=Rt/( Rt+R5)RW/( RW+R6)Vcc；所以Vo=KV= KRt/( Rt+R5)RW/( RW+R6)Vcc。 式中Rt随温度的变化而变化，其它参数都是常量，所以放大器的输出Vo与温度(Rt)有一一对应关系，通过测量Vo可计算出Rt， Rt=R5KRWVcc+(RW+R6)VoKR6Vcc(RW+R6)Vo。Pt100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上，适用于测量、第五章 实验方法及步骤实验步骤：差动放大器调零：按图244示意接线。将FV表的量程切换开关切换到200mV档，将差动放大器的拨动开关拨到“开”位置，合上实验箱主电源开关。将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转半圈，调节调零电位器，使电压表显示为零并维持调零旋钮位置不变。关闭主电源。图244差动放大器调零接线图确定差动放大器增益K为20倍：获取20mV信号：将1.212V可调电源的调节钮逆时针慢悠悠转到底，再按图245示意接线，将FV表的量程切换开关切换到200mV档，检查接线无误后合上主电源开关。调节电桥单元中的W1电位器使FV表显示20mV。图245 调节20mV信号接线图调节差动放大器增益K=20倍：将图245中FV表的量程切换开关切换到2V档,并将它的输入引线改接到差动放大器的输出Vo端，如图246所示。再调节差动放大器的增益电位器旋钮(小心：不要误碰调零电位器旋钮)使放大器的输出电压为0.400V即K=20倍。差动放大器调试完毕，维持差动放大器的调零、增益旋钮位置不变，关闭主电源。图246 调节差放增益接线图3、用万用表200欧姆档测量并记录Pt100热电阻在室温时的电阻值(不要用手抓捏传感器测温端，放在桌面上)，三根引线中同色线为热电阻的一端，异色线为热电阻的另一端(估计误差较大，按理应该用惠斯顿电桥测量，实验是为了理解掌握原理，误差稍大的无所谓)。 4、Pt100热电阻测量室温时的输出：按图247示意接线，检查接线无误后合上主电源开关,待FVF表显示不再上升处于稳定值时记录室温时的输出。 图247 Pt100铂热电阻测室温实验接线图5、把图247中的实验传感器Pt100铂热电阻插入温度源中，并按图248接线，检查接线无误后，将调节仪的控制选择开关打到温度位置上，再合上调节仪电源开关。将温度源调节控制在40(参阅实验二十二)，待FV表显示上升到平衡点时记录数据。温度源每增加t5(温度源在40100范围内)待FV表显示上升到平衡时记录数据并填入表24中。图248 Pt100铂热电阻测温实验接线图表24 Pt100热电阻测温实验数据 t() 室温 40 45 100 Vo(V) Rt() 6、表24中的Rt数据值根据Vo、Vcc值计算： Rt=R5KRWVcc+(RW+R6)VoKR6Vcc(RW+R6)Vo 式中：=20；R5=2000；R6=2000；RW4=100；Vcc =4V；Vo为测量值。将计算值填入表24中，画出t()Rt()实验曲线并计算其非线性误差。 7、再根据以下附表2 的Pt100热电阻与温度的对应表(Pt100国际标准分度值表)对照实验结果。最后将调节器实验温度设置到40，待温度源回到40左右后实验结束，关闭所有电源。 第六章 数据测量及结果分析 1.Pt100热电阻测温实验数据 t() 室温4045505560657075Vo(mV)178189216241268293319345369Rt()88.61115.87118.28120.04122.12124.21126.18128.01130.0480859095100394423449474498132.0