热电阻的测量电路及应用(实验用)1

1、热电阻的测量电路及应用热电阻的测量电路及应用一、热电阻：一、热电阻：n热电阻的测温原理：热电阻的测温原理： 基于金属导体的电阻值随温度的增加而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。增加这一特性来进行温度测量的。n热电阻大都由纯金属材料制成，目前用得最热电阻大都由纯金属材料制成，目前用得最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铟、多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铟、镍、锰和铑等材料制造热电阻。镍、锰和铑等材料制造热电阻。 n在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温区最常用的一种温度传感器区最常用的一种温度传感器: : 铂热电阻的测温的范

2、围：一般为零下铂热电阻的测温的范围：一般为零下200-200-800800摄氏度。摄氏度。 铜热电阻的测温的范围：一般为零下铜热电阻的测温的范围：一般为零下4040到到140140摄氏度。摄氏度。n其中的铂热电阻以其精度高、性能稳定、互其中的铂热电阻以其精度高、性能稳定、互换性好、耐腐蚀及使用方便等优点，成为工换性好、耐腐蚀及使用方便等优点，成为工业测控系统中广泛使用的一种温度传感器。业测控系统中广泛使用的一种温度传感器。金属铂在氧化性介质中，金属铂在氧化性介质中，甚至在高温环境下，它的甚至在高温环境下，它的物理特性和化学性能十分物理特性和化学性能十分稳定，因此它不仅广泛应稳定，因此它不仅广泛

3、应用于工业测温，而且还被用于工业测温，而且还被制成各种标准温度计供计制成各种标准温度计供计量和校准使用。量和校准使用。缺点：在还原性介质中，缺点：在还原性介质中，特别在高温下，易被污染特别在高温下，易被污染而变脆，稍有振动就会断而变脆，稍有振动就会断裂。裂。铂热电阻结构铂热电阻结构: :电阻体电阻体, ,引引线线, ,保护套管保护套管性能参数：性能参数：1 1、铂电阻、铂电阻元件元件的的温度温度-电阻特性：电阻特性： 0t850 -200t0 式中：式中：R RT T-温度为温度为TT的的电阻值电阻值 R R0 0-温度为温度为00的电阻值的电阻值 t -t -任意温度值任意温度值 A A、B

4、 B、C C为分度系数为分度系数 A=A= B= B= C= C= n00的铂热电阻的阻值十分重要的铂热电阻的阻值十分重要, ,它与材质纯它与材质纯度和制造工艺有关度和制造工艺有关, ,另一个对测温有直接作用另一个对测温有直接作用的因素是电阻温度系数的因素是电阻温度系数: :即温度每变化即温度每变化11时时电阻值的相对变化量电阻值的相对变化量, ,电阻温度系数本身也随电阻温度系数本身也随温度变化而变化。温度变化而变化。2 2、铂热电阻分度表：、铂热电阻分度表： 不同材质的铂热电阻，电阻温度系数不不同材质的铂热电阻，电阻温度系数不同。为便于比较，常选用共同的温度范围同。为便于比较，常选用共同的温

5、度范围0 0 - 100 - 100 内阻值变化的倍数来进行比较。内阻值变化的倍数来进行比较。这个值相当于这个值相当于0 - 1000 - 100范围内平均电阻范围内平均电阻值的值的100100倍，此值越大表示铂热电阻越灵敏。倍，此值越大表示铂热电阻越灵敏。 常用的铂热电阻有常用的铂热电阻有PT100PT100，PT1000PT1000等，按等，按IEC751IEC751国际标准，其表征的含义是：国际标准，其表征的含义是： Pt100Pt100（R0=100R0=100）、）、Pt1000Pt1000（R0=1000R0=1000） n下表为下表为PT100PT100在在0 - 199 0 -

6、 199 范围内的分范围内的分度表：可以看出铂热电阻在度表：可以看出铂热电阻在0 - 200 0 - 200 的温度范围内，具有良好的温度的温度范围内，具有良好的温度- -电阻特性，电阻特性，近似线性关系，因此通常计算时可采用近似近似线性关系，因此通常计算时可采用近似公式。公式。二、测量电路：二、测量电路： 工业上，广泛工业上，广泛应用铂热电阻作为应用铂热电阻作为 -200 - 800-200 - 800范围的温度测量。范围的温度测量。n优点：灵敏度高优点：灵敏度高, ,稳稳定性强定性强, ,互换性以及互换性以及准确性都比较好准确性都比较好, ,也也可以远传电信号可以远传电信号n缺点：热惯性大

7、，缺点：热惯性大，需要外加电源激励需要外加电源激励, ,不能够瞬时测量温不能够瞬时测量温度的变化。度的变化。 n铂热电阻测温的常规方法是将铂热电阻接到铂热电阻测温的常规方法是将铂热电阻接到电桥的一个桥臂上，通过测量不平衡电桥的电桥的一个桥臂上，通过测量不平衡电桥的输出得到温度值。输出得到温度值。n电桥构建注意的问题：电桥地与电源地不能电桥构建注意的问题：电桥地与电源地不能共地；电源必须是恒压源，不允许有电压波共地；电源必须是恒压源，不允许有电压波动，因此不能直接与外界的地相连动，因此不能直接与外界的地相连n参数的考虑：兼顾（铂热电阻）热惯性和参数的考虑：兼顾（铂热电阻）热惯性和（输出电压）灵敏

8、度；（输出电压）灵敏度；a a、电流大小的考虑、电流大小的考虑 b b、电源电压的选择、电源电压的选择 c c、标称阻值的选择、标称阻值的选择 d d、调零电位器、调零电位器R9R9材质的选择（线绕电阻，康材质的选择（线绕电阻，康铜）铜）n缺点：在这种方法中，铂热电阻的非线性和缺点：在这种方法中，铂热电阻的非线性和不平衡电桥的非线性，会给测量带来误差。不平衡电桥的非线性，会给测量带来误差。而且，铂热电阻作为温度传感器使用时，必而且，铂热电阻作为温度传感器使用时，必须把它放在测温现场，从测温点到测量变换须把它放在测温现场，从测温点到测量变换电路之间的布线长度少则几米，多则几十米电路之间的布线长度

9、少则几米，多则几十米甚至上百米，这样长的连接导线，即使不计甚至上百米，这样长的连接导线，即使不计热噪电阻，它自身的引线电阻也是相当可观热噪电阻，它自身的引线电阻也是相当可观的，必然会对测量精度带来较大影响。的，必然会对测量精度带来较大影响。n引线电阻的解决方案：铂热电阻引线电阻的解决方案：铂热电阻三线制接法三线制接法三线制接法：三线制接法： 要求引出的三根导线要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，线一根接到电桥的电源

10、端，其余两根分别接到铂电阻其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的所在的桥臂及与其相邻的桥臂上。当桥路平衡时，桥臂上。当桥路平衡时，通过计算可知：通过计算可知： Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r n当当R1=R2R1=R2时，导线电阻的变化对测量结果没有时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。的测量误差。n注意注意: :前提前提 1)1)必须为等臂电桥必须为等臂电桥 2)2)并且在电桥平衡状态下并且在电桥平衡状态下 公式成立。公式成立。 否则不可能完全消除导线电阻的

11、影响，但尽管否则不可能完全消除导线电阻的影响，但尽管如此，采用三线制仍可大大减小导线电阻带如此，采用三线制仍可大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。法。 三、应用电路：三、应用电路：电路主要由两部分构成：测温电桥、放大电路电路主要由两部分构成：测温电桥、放大电路R4510+5-4182711U0107650IC37650R6510R7510R94.7KR12150R5510C50.1uC60.1uC710uVCC-VCCC30.1uC40.1uR110kR210kR0200PT100C20.1uC122uPT100VCC1 1、工作原

12、理：、工作原理：2 2、放大倍数计算：、放大倍数计算：A A、根据运放放大特性：、根据运放放大特性： -式式1.1根据运放虚断路有根据运放虚断路有: =0 -式式1.2)(0iiuuKU111130RURRUiIi 由式由式2.52.5得得: :于是有：于是有： K K为运算放大器的倍数，一般为为运算放大器的倍数，一般为 ，所以式所以式2.82.8可化简为：可化简为： -式式1.3-式式1.4 101086UURRRi0113110011311UURRRKUiUUUiKRRRRRRRKRRRK311111133111101130)()(UUUiiRRRRR)1()(113111130 从上面的计算可以知道从上面的计算可以知道76507650的放大倍数由的放大倍数由R3R3和和R11R11的比值确定。的比值确定。 3 3、调试方