pt100测温电路设计报告与原理.docx

、/ 1刖5传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,主要用 于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作 提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递 速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集传感技术也将日益开展，传感 器也将无所不在。从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重 视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其 系统生产已成为重要的新兴行业。温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居 住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现 代科技开展的一个必然趋势。由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有 着密切的关系，所以温传感器就会相应产生随着现代电子技术的开展，对温度的测控技术提出了更高的要求。PT100箱热电阻温度 传感器具有精度高，稳定性好等优点，测温范围为-200650C,使用非常方便，广泛用于 电力、石油、化工、建材等行业的过程监控系统中，而且被制成各种标准温度计。2. 3制作电路板把制作好的图让老师检查无误后，用复写纸把镜像图拓印到电路板上，然后用钻头给电 路板打孔，打孔的时候要注意孔的大小，不能距离太近进。芯片LM324只用到了 5个引角, 所以只需打出这5个引角就行。把电路板上的孔打好之后就可以上漆了，要用细毛笔慢慢地描线，上漆的时候不能把相 邻的两条线描到一起，上漆的时候不要太薄，否那么铜容易被腐蚀掉。上完漆之后要等到油漆 干了之后才能进行置换，把用不到的铜置换掉，只剩下我们需要的电路。当整个电路板完成之后我们就需要在上面焊接元器件了。在焊接元器件时，我们要先调 节滑动电阻器UR1两端的电压，调节UR1的阻值使其两端电压为4.07V, 然后再焊接第二个滑动变阻器的时候要先把滑动变阻器的阻值调到98.7Q。第三章调试电路板2.1 调试电路板电路板焊接好之后我们就需要调试电路板了，看看电路板是不是正确可行。给电路板通 上5v的恒流源，然后用万用表测量输出电压即电容C2两端的电压并记录。根据公式 4.O7XRptioo/ (Ri+ Rptioo) -RvR2/(R1+RvR2)求出理论输出值，把理论输出值乘以100再和测量值比拟，如果两个值相差不大那么说明这 个电路板是好的。我测出的电压值是0.812V,理论值是0.898V。3. 2测量并记录结果分别测量实验室温度时的电压、手的温度、室外温度。室内温度手温室外温度PT100理论值实际值PT100是伯热电阻，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时它的阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工 业原理：当PT100在。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。所以当PT100处于不同温度时其阻值也不相等。ptioo温度传感器原理PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比拟好的伯丝热电 阻传感器，可以工作在-200至650的范围.电阻式温度检测器(RTD, Resistance Temperature Detector)是一种 物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值，如果它随温 度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻彳系数,如果它随温度的上 升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大局部电阻式温度检测器是 以金属作成的，其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器，最为稳定 一耐酸碱、不会变质、相当线性.，最受工业界采用。PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于 正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(l+a T)其中a 二0. 00392, Ro为100。(在0的电阻值)，T为摄氏温度br因此白金 作成的电阻式温度检测器，又称为PTIOOo1： Vo=2. 55mA X100 (1+0,00392T)=0. 255+T/1000 。2：量测Vo时，不可分出任何电流，否那么量测值会不举。电路分析由于 一般电源供应较多零件之后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二 极体作为稳压零件，由于7. 2V齐纳二极体的作用，使得1K电阻和5K 可变电阻之电压和为6. 5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射 (集极)极电流,而我们须将集极电流调为2. 55mA,使得量测电压V如 箭头所示为0. 255+T/1000o其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限 大，同时又放大10倍，使得运算放大器输出为2. 55+T/100o 6V齐纳二 极体的作用如7. 2V齐纳二极体的作用，我们利用它调出2. 55V,因此 电压追随器的输出电压VI亦为2.55VO其后差动放大器之输出为 Vo=10(V2-Vl)=10(2. 55+T/100-2. 55)=T/10,如果现在室温为25,那么 输出电压为2. 5Vo工作原理：传感器的接入非常简单，从系统的5V供电端仅仅通过一支3K92的 电阻就连接到PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题，但 是.由于有了单片机的软件校正作为后盾，因此就简化了传感器的接 入方式.PtlOO,就是说它的阻值在0度时为100欧姆, PT100温度传感器是一种以粕 (Pt)作成的电阻式温度传感器属于正电阻系数，其电阻和温度变化的关系 式如下：R=Rq(1*q T)PllOO温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200T -830C；允许偏差值A 级± (0. 13 + 0. 002 | I | ), B级土(0.30 + 0.005| t | )；热响应时间30s：最小置入深度：热电阻的 最小置入深度2200mm；允通电流工3mh另外，PtlOO温度传感器还具有抗 振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。PT100温度传感器三根芯线的接法PT100粕电阻传惬器有三条引线，可用A、B、C (或黑、红、黄)来代 表三根线，三根线之间有如下规律：A与B或C之间的阻值常温卜在110欧左右，B与C之间为0欧，B与C在内 部是直通的，原那么上B与C没什么区别.仪表上接传感器的固定端子有三个：A线接在仪表上接传感腓的一个固定的 端子.B和C接在仪表上的另外两个固定端子.B和C线的位置可以互换，但 都得接上,。如果中间接有加长线，三条导线的规格和长度要相同。热电阻的3线和4线接法：是采用2线、3线、I线.主要由使(选) 用的二次仪表来决定。一股显示仪表提供三线接法，PT100 一端出一颗线， 另一端出两颗线，都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。一般PLC为四线，每端出两颗线,两颗接PLC输出恒流源，PLC通过另两颗 测量PT100上的电压，也是为了抵消导线电阻，四线精确度最高，三线也 可以，两线最低，具体用法要考虑精度要求和本钱。前言3第一章绪论51.1 温度传感器开展5PT100 的简介7第二章设计内容9制作PCB原理图92.1 制作镜像图9制作电路板11第三章 调试电路板12调试电路板123.1 测量并记录结果12第四章总结133.2 14献15第一章绪论1.1温度传感器开展1传感器的概述科学技术离不开测量。测量的目的就是要获得被测对象的有关物理或化学性质的信息、, 以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制，完成这一功能的器件就我们称之为传感器。 传感器是信息技术的前沿尖端产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域，尤其是 温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的开展大致经历了以下 3个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件);主要是能够进行非电量和电量之间转换。(2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能 化、网络化的方向开展。2传感器的分类传感器分类方法很多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来 分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量 参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、 磨损等。温度传感器属于热工参数。温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器， 一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触, 通过热传导及对流原理到达热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比 较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比拟小的、或 对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前最常用的是辐射热交换原理。此种测 温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场 的温度分布，但受环境的影响比拟大。3传感器的原理及开展3.1 传统的分立式温度传感器一热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直 接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50-16 00进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-银铭，最低可测到-269,鸽-铢最高 可达2800o热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体A和B连接起 来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图1所示。当导体A和B的两个接 点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小 的电流，这种现象即称为热电效应，也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应 进行工作的。热电偶的一端是将A、B两种导体焊接在一起，称为工作端，置于 温度为t的被测介质中。另一端称为参比端或自由端，放于温度为to的恒定温 度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送 入计算机进行处理，即可得到温度值。热电偶两端的热电势差可以用下式表示：Et=E(t)-E(tO)式中:Et热电偶的热电势E(t)温度为t时的热电势E(tO)温度为t0时的热电势当参比端的温度t0恒定时，热电势只于工作端的温度有关，即Et=f(t)。当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直 径无关，只与热电极的成分及两端的温度有关。3.2 集成(IC)温度传感器(1)模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感 器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、 可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用ICo模拟集成温度传感器的主要特点是功能单 一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适 合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。(2)智能温度传感器传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算 机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。 智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接 口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储 器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制 器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软 件的开发水平。3.3 PT100的简介伯电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。伯在氧化性气氛中，甚至在高温下的物 理、化学性质都非常稳定。因此伯被公认为是目前制造热电阻的最好材料。珀电阻主要作为 标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。伯电阻的阻值温度之间的关系，在。850范围内可用下式表示，Rt =R0(l+At+Bt2)在-2000C范围内那么用下式表示，Rt =R0 l+At+Bt2+C(t-100)3式中 Rt-温度为t时的销电阻的阻值；RO-温度为0时的铝电阻的阻值；A、B、C为常数，A=3.96847x10-3/；B=-5.847xW7/；C=-4.22xW12/；对满足上述关系的热电阻，其温度系数约为3. 9xl0-3/o根据国家从1988年开始采用的IEC标准，工业用标准伯电阻R0有100Q和50Q两种，并将电阻值Rt与温度t的对应关系列成表格，成为伯电阻分度表，分度号分 别为 Pt 100 和 Pt50oPT100是伯热电阻，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时它的阻值为100欧姆，在100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。设计中我们就是利用PT100的这一特性来实现温度与输出值之间的转化的。第二章设计内容2. 1制作PCB原理图根据老师给出的电路图如图1,自己制作PCB原理图。图1自己制作PCB原理图，制作PCB原理图（图2）要合理布置器件、合理布线，不能有线线相交。加 cxR5100k g二 R31kf乙£UOR4 IkNog sonue 002dR6 100kUT1N4733图22. 2制作镜像图当把PCB原理图制作好并检查完毕后要对其进行打印预览和镜像，并且要把打印预览 图和镜像图剪切下来然后打印。（，）印预览图R7 Ik001rq图4