Pt100热电阻测温实验报告

1、实验一Pt100热电阻测温实验报告一、实验原理，利用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时.要求其材料电阻温度系数大，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用钳电阻测温范围在0-630.74C以内，电阻Rt与温度t的关系为Rr=Ro(l+At+Bt2)o其中Ro是温度为0C时的电阻。本实验Ro=100C,A=3.9684X10-2/C,B=5.847X10-7/C2,钳电阻内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种，本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。二、实验数据，表1Pt

2、lOO热电阻测温实验数据T厂C50556065707580859095Vo/mv笫一组升温0.001.132.283.214.255.326.066927.598.50降温0.111.102.143.104.074.945866737.778.42笫二组升温0.031.112.083.033.974.885916797.728.55降温0.241.202.293.093.785.426.126987.708.37笫二组升温0.111.252.303.284.185.116.016897.768.59降温0.151.102.253.174.074.725966707.688.40三、数据处理,1

3、、坏值剔除当测错、读错、记错以及实验条件未达到预定要求而匆忙实验等，都会引起粗大误差，粗大误差是一种显然与实际值不符的误差，含有粗大误差的测量值称为坏值或异常值，在处理数据时应剔除掉。由于同一条件下测量次数并不多因此采用肖维勒准则判定坏值。即当实验数据不满足公式(%GnS)S占S(%+GnS)时，则该数据为坏值应剔除掉。其中久为肖维勒准则系数(当11=6时Gn=1.73),S为样本标准偏差，计算公式为血1-X)2耳=:J由表1实验数据可计算岀各温度下六次测量数据的平均值无，再根据标准偏差公式计算出S即可求得粗大误差范围，如表2所示表2标准偏差及粗大误差范围T505560657075808590

4、95XI0.001.132.283.214.255.326.066.927.598.50X20.111.102.143.104.074.945.866.737.778.42X30.031.112.083.033.974.885.916.797.728.55X40.241.202.293.093.785.426.126.987.708.37X50.111.252.303.284.185.116.016.897.768.59X60.151.102.253.174.074.725.966.707.688.40X0.10671.14832.22333.14674.05335.06505.98676.8

5、3507.70338.4717Sx0.08590.06240.09140.09090.16550.26910.09630.111S0.06530.0884x-GnS-0.04201.04032.06532.98943.76704.59955.82016.64157.590083187x十GnS0.25541.25632.38143.30404.33965.53056.15327.02857.81638.6246由表2可看出所有实验数据均满足元-GSS兀S元+GS即所有数据都在粗大误差范围内，无坏值岀现所以无需剔除任何数据。2、输入一输出特性曲线由表1实验数据可画出PtlOO热电阻测温模块的输入

6、输出特性曲线，如图1所示。图1PtlOO测温模块输出-输入校准曲线505560657075808590959.008.508.007.507.006.506.005.505.004.50Z4.003.503.002.502.001.501.000.500.00温度广CT-1正行程一11反行程一2正行程T-2反行程一3正行程T-3反行程由图1可明显看到在75C左右的电压值相比其他温度的浮动要大很多，但己计算得实验数据中不存在粗大误差，因此推测在75C下误差较大的原因可能是由于PtlOO热电阻实验模块本身自带的系统误差。3、理论拟合直线与非线性误差由表1可知校准次数n=60设xi为自变量温度，yi

7、为因变量电压。可求得1=1=4350601=160=268.44xiyi=21768.31=160矢21=1=54625己知n丫xiyi-xiyi=2nxi2()S%i2Syixiyi=2nxi2()可得k=0.186376,b=-9.03824因此最小二乘法的拟合直线方程为y=0.186376X一9.03824将各输入值xi代入上式得到理论拟合直线的各点数值，如表3所示XI50556065707580859095刃0.28061.21242.14433.07624.00814.94005.871S6.S0377.73568.6675表3理论拟合直线的各点数值由表3数据可绘岀理论拟合直线，如图

8、2所示T-理论拟合50556065707580859095温度/C图2理论拟合曲线图9876543此时比较图1和图2各数值就可得到输出输入校准值与理论拟合直线各相应点数值之间的偏差并由此得岀最大偏差Amax.再由表1数据可求得每组测量数据的满量程输岀Ffs，最后根据公式6L=100%yFs即可求得该传感器六次测量数据的非线性误差.如表4所示表4校准值与理论拟合值的偏差组数Al23456f(50)-0.2806-0.1706-0.2506-0.0406-0.1706-0.1306f(55)-0.0824-0.1124-0.1024-0.01240.0376-0.1124f(60)0.1357-0

9、.0043-0.06430.14570.15570.1057f(65)0.13380.0238-0.04620.01380.20380.0938f(70)0.24190.0619-0.0381-0.22810.17190.0619f(75)0.38000.0000-0.06000.48000.1700-0.2200f(80)0.1882-0.01180.03820.24820.13820.0882f(85)0.1163-0.0737-0.01370.17630.0863-0.1037f(90)-0.14560.0344-0.0156-0.03560.0244-0.0556f(95)-0.167

10、5-0.2475-0.1175-0.2975-0.0775-0.2675Lmax0.3800-0.2475-0.25060.48000.2038-0.2675Yfs8.508.318.528.138.488.256L4.4706%29783%-2.9413%5.9041%2.4033%-3.2424%求六次测量线性度的平均值最终可得到该传感器的线性度6L=3.6567%4、静态灵敏度灵敏度表示传感器在稳态工作情况下输出量变化量Ay对输入量变化量AX的比值，即：由公式可看出它就是输岀一输入特性曲线的斜率，在这里可用理论拟合直线的斜率代替，因此可得8.66750.28069550=0.186376

11、mv/C5、迟滞误差迟滞指正反行程中输出一输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值max与满量程输出yFs的百分比来表示，即H=100%2yFs由表1实验数据可求得三组正反行程差，其最大值即为每次测量的最大输111fhlAHinax己知yFSi=&50.yFS2=852,yp53=8.48由此可求得二次测量数据的迟滞误差6H如表5所示表5正返程差与迟滞误差温度12350-0.11-0.21-0.04550.03-0.090.15600.14-0.210.05650.11-0.060.11700.180.190.1175038-0.540.39800.2-0.210.05850.19-0.190

12、.1990-0.180.020.08950.080.180.19Amax038-0.540.39oH2.2353%-3.1690%2.2995%求三组数据迟滞误差的平均值最终可得到该传感器的迟滞误差8H=2.5680%6、重复性误差重复性是指传感器的输入在按同一方向变化时在全量程内连续进行重复测试时所得到的各特性曲线的重复程度。一般采用输出最大重复性偏差max与满量程的百分比来表示重复性指标，即6R=j-100%yps由表1实验数据分别求正反行程时同一输入量下三次测量的输岀量的偏差ARp和ARy其最大值为最大同向行程差ARrnaxl和zXRmax2,如表6所示表6同向行程差正行程反行程组1组2

13、组3R组1组2组3R0.000.030.110.110.110.240.150.131.131.111.250.141.101.201.100.102.282.082.300.222.142.292.250.153.213.033.280.253.103.093.170.084.253.974.180.284.073.784.070.295.324.885.110.444.945.424.720.706.065.916.010.155.866.125.960.266.926.796.890.136.736.986.700.287.597.727.760.177.777.707.680.098.

14、508.558.590.098.428.378.400.05Rmaxl0.44Rmax20.70由表6可知ARinaxl和ARinax2其中较大的值即为最大重复性偏差Amax因此Amax=0.70.又己知歹殆=8.59,再根据公式可求得重复性误差6R：0.708R=X100%=8.15%8.59四、实验总结通过本次实验，对PtlOO热电阻传感器的优缺点有了直观的了解。就性能而言，主要特点是测温精度高、性能稳定可靠，而且灵敏度较高、响应速度快，但测温范围太小，只有0100乜；从传感器的特性曲线可看到其输出信号与温度变量之间的函数关系近似线性，使实验数据的处理更加方便，也大大简化了传感器的理论分析

15、和设计计算。就结构而言，钳热电阻的测温范围广(260600乜)、精度及灵敏度均较好.体积小而且易于提纯、复制性好，广泛应用于工业测温、温度基准，但钳金属价格昂贵、容易破损；内部引线端采用三线制连接减小了引线电阻对测量的影响.抗干扰性较强；外部保护套管使其抗震性能好、机械强度高、耐高温耐腐蚀。五、思考题8如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？目前应用最广泛的热电阻传感器材料有钳热电阻和铜热电阻。其中钳热电阻的测量精确度比铜电阻高，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；而铜热电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度系数比钳电阻大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的钳电阻有巩10、PtlOO、PtlOOO.铜电阻有Cu50、CulOO,其中PtlOO和Cu50应用最广。那么如何根据传感器的测温范围和精度要求选用相应的热电阻材料？由于