热电阻电路测温计设计

1、传感器原理及应用课程设计题目：热电阻温度传感器器学院（系）电气工程学院年级专业：12级自动化仪表学 号： 120103020133学生姓名：马冰卿指导教师：童凯教师职称：教授一、概述1.1热电阻温度传感器简介热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原 理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛 用于测量-200+850。c范围内的温度，少数情况下，低温可测至1k,高温达 1000° co热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度 变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料

2、应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率, 输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻冇钳 热电阻和铜热电阻。1. 2 ptloo热电阻简介ptloo是钳热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。pt100的阻值与温度 变化关系为：当pt100温度为0°c时它的阻值为100欧姆，在100°c时它的阻 值约为138.5欧姆。它的工业原理：当pt100在0摄氏度的时候他的阻值为 100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。二、工作原理2.1热电阻工作原理与热电偶的测温原理不同的是,热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量 的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化

3、的特性。因此，只要测量出感温热电 阻的阻值变化，就可以测量出温度。ft前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻 两类。下面以钳电阻温度传感器为例：pt 100是屯阻式温度传感器，测温的本 质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信 号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。金屈热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即& =心01 + 曲/0）式中，rt为温度t时的阻值；rto为温度to （通常to=o°c）时对应电阻值q 为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：rt = awb/f（ n式中rt为温度为t时的阻值；a

4、、b取决于半导体材料的结构的常数。相比较 而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上）, 但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300°c左右，大量用于家电和 汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500°c范围内的温度测 量，其特点是测 量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需耍把电阻信号通过 引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。2. 2接线方式采用ptloo测温一般冇三种接线方式：二线制、三线制、四线制。 二线制接法:这种接法不考虑pt100电缆的导线电

5、阻，将a/d采样端与 电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测温电缆的电阻，因此 只能适用于测温距离较近的场合。 三线制接法：这种接法增加了用于a/d采样的补偿线，三线制接法消 除了连接导线电阻引起的测量误差，这种接法适用于屮等测量距离的场合。 四线制接法：这种接法不仅增加了 a/d采样补偿线，还加了一条a/d 对地的补偿线，这样可以进一步的减小测量误差，可以用于测温距离较远的场 合。由于我们对精度的要求不那么高，就选择了二线制接法，采用惠斯顿电桥, 电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用ptloo热电阻，当ptloo电阻值 变化吋，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。三、电

6、路图原理二线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。放 大器选用的是0p07运算放大器，采用r2, r3,热电阻，电位器构成电桥，然后 输出电势差经放大器放大，运算放大器的放大倍数为1000倍，然后即可输出 较合适的电压。由于仿真软件中没有热电阻，故选用了一个200欧姆的可调电 阻來代替。四，课程设计中遇到问题及解决在课设刚刚开始选定题口的时候，我们小组讨论的题口是利用热敏电阻 测温度，选这个题目原因是感觉热敏电阻的温度系数较高，儿乎不用放大器就 可以得到较合适的电压输出，然后就开始搜集材料，进行电路仿真，我们想的 利用二级放大电路使电压输出与温度成正比，但是后来知道说这个题

7、目不行, 因为热敏电阻a不稳定，所以也就换了题目，做热屯阻测温度，所以做得可能 会有瑕疵，以上则是我们的题口设计。然后焊电路过程屮因为我们需要一个 200欧姆的精密电位器，但是没有元件，就用了一个100欧姆的电阻代替，然 后进行实验的时候，得到的电压和温度成良好的线性关系，在室温为21.8° 时，电压示数为2. 23v,几乎成十倍的关系，然后当测人体体温时，电压示数 为38. 3。左右，所以温度测量精度还是挺好的。五、其它电路仿真1.差动自感传感器的变压器屯桥电路电路仿真图如下：200mh 40%200mh 60% key二au1l2ac 10mohml3由于软件中没有差动自感传感器

8、，就用了两个可调电感来代替，然后通过仿真结果分析可以得到，当只调一个可调电感l3时，令其变化al（令l3增 加10%）,然后得到电压变化为o.6v,电路可以等效为单臂电桥，然后将l2 变化（令l2减少10%）,此时得到电压输出为1.2v。所以可以得到差动 电桥的输出为单臂的两倍，所以电路仿真正确。2、电阻应变片两臂弟动电桥电路仿真图如下:利用两个可调电阻来代替电阻应变片，根据电路图可知当仅改变一个可调 电阻时，与改变两个口j调电阻时的电压关系为二倍关系，所以可知差动电桥的 灵敏度是单臂电桥的两倍。六、总结此次课程设计使我对于热电阻测温系统的设计电路更加熟悉，知道钳电阻 传感器的特性，每一个步骤都贯穿着刚刚学