热电阻的测量电路及应用实验用幻灯片.ppt

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1、热电阻的测量电路及应用实验用第1页，共18页，编辑于2022年，星期日一、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增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。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，目前用得最多的是铂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、镍、锰和铑等材料和铜，此外，现在已开始采用铟、镍、锰和铑等材料制造热电阻。制造热电阻。第2页，共18页，编辑于2022年，星期日n在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温区最常用在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温区

2、最常用的一种温度传感器的一种温度传感器:铂热电阻的测温的范围：一般为零下铂热电阻的测温的范围：一般为零下200-800200-800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、互换性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，成为工业测控系好、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。统中广泛使用的一种温度传感器。第3页，共18页，编辑于2022年，星期日金属铂在氧化性介质中，甚金属铂在氧化性介质中，甚至在高温环境下，它的物理至在

3、高温环境下，它的物理特性和化学性能十分稳定，特性和化学性能十分稳定，因此它不仅广泛应用于工业因此它不仅广泛应用于工业测温，而且还被制成各种标测温，而且还被制成各种标准温度计供计量和校准使用。准温度计供计量和校准使用。缺点：在还原性介质中，特缺点：在还原性介质中，特别在高温下，易被污染而变别在高温下，易被污染而变脆，稍有振动就会断裂。脆，稍有振动就会断裂。铂热电阻结构铂热电阻结构:电阻体电阻体,引线引线,保护套管保护套管第4页，共18页，编辑于2022年，星期日性能参数：性能参数：1 1、铂电铂电阻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

4、度温度为为TT的的电阻值电阻值 R R0 0-温度为温度为00的的电电阻阻值值 t-t-任意温度任意温度值值 A A、B B、C C为为分度系数分度系数 A=A=B=B=C=C=第5页，共18页，编辑于2022年，星期日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,它与材质纯度和制它与材质纯度和制造工艺有关造工艺有关,另一个对测温有直接作用的因素是电阻另一个对测温有直接作用的因素是电阻温度系数温度系数:即温度每变化即温度每变化11时电阻值的相对变化量时电阻值的相对变化量,电阻温度系数本身也随温度变化而变化。电阻温度系数本身也随温度变化而变化。2 2、铂热电阻分度表：、铂热电阻分度表：

5、不同材质的铂热电阻，电阻温度系数不同。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为便于比较，常选用共同的温度范围0-100 0-100 内阻值变化的倍数来进行比较。这个值相当于内阻值变化的倍数来进行比较。这个值相当于0 0-100-100范围内平均电阻值的范围内平均电阻值的100100倍，此值越大倍，此值越大表示铂热电阻越灵敏。表示铂热电阻越灵敏。第6页，共18页，编辑于2022年，星期日 常用的铂热电阻有常用的铂热电阻有PT100PT100，PT1000PT1000等，按等，按IEC751IEC751国国际标准，其表征的含义是：际标准，其表征的含义是：Pt100P

6、t100（R0=100R0=100）、）、Pt1000Pt1000（R0=1000R0=1000）n下表为下表为PT100PT100在在0 -199 0 -199 范围内的分度表：范围内的分度表：可以看出铂热电阻在可以看出铂热电阻在0 -200 0 -200 的温度范围的温度范围内，具有良好的温度内，具有良好的温度-电阻特性，近似线性关系，因电阻特性，近似线性关系，因此通常计算时可采用近似公式。此通常计算时可采用近似公式。第7页，共18页，编辑于2022年，星期日第8页，共18页，编辑于2022年，星期日二、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 -2

7、00-800-200-800范范围的温度测量。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,互换性以及准互换性以及准确性都比较好确性都比较好,也可以也可以远传电信号远传电信号n缺点：热惯性大，需要缺点：热惯性大，需要外加电源激励外加电源激励,不能够不能够瞬时测量温度的变化。瞬时测量温度的变化。第9页，共18页，编辑于2022年，星期日n铂热电阻测温的常规方法是将铂热电阻接到电桥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输出得到的一个桥臂上，通过测量不平衡电桥的输出得到温度值。温度值。n电桥构建注意的问题：电桥地与电源地不能共地；电桥构建注意的

8、问题：电桥地与电源地不能共地；电源必须是恒压源，不允许有电压波动，因此不电源必须是恒压源，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（输出电压）参数的考虑：兼顾（铂热电阻）热惯性和（输出电压）灵敏度；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材质的选材质的选择（线绕电阻，康铜）择（线绕电阻，康铜）第10页，共18页，编辑于2022年，星期日n缺点：在这种方法中，铂热电阻的非线性和不平衡电缺点：在这种方法中，铂热电

9、阻的非线性和不平衡电桥的非线性，会给测量带来误差。而且，铂热电阻作桥的非线性，会给测量带来误差。而且，铂热电阻作为温度传感器使用时，必须把它放在测温现场，从测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电路之间的布线长度少则几米，多则温点到测量变换电路之间的布线长度少则几米，多则几十米甚至上百米，这样长的连接导线，即使不计热几十米甚至上百米，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的，必然会噪电阻，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。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

10、制接法第11页，共18页，编辑于2022年，星期日三线制接法：三线制接法：要求引出的三根导线截要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上。当桥路与其相邻的桥臂上。当桥路平衡时，通过计算可知：平衡时，通过计算可知：Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r 第12页，共18页，编辑于

11、2022年，星期日n当当R1=R2R1=R2时，导线电阻的变化对测量结果没有任时，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的测何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。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影响，但尽管如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来的此，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法。附加误差，工业上一般都采用三线制接法。第13页，共18页，编

12、辑于2022年，星期日三、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、放大电路第14页，共18页，编辑于2022年，星期日第15页，共18页，编辑于2022年，星期日1 1、工作原理：、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第16页，共18页，编辑于2022年，星期日 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

13、.3-式式1.4 第17页，共18页，编辑于2022年，星期日 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、调试方法：调零电位器、调满度电位器、调试方法：调零电位器、调满度电位器 注意注意:调零电位器与铂热电阻的位置调零电位器与铂热电阻的位置 电源地与电桥地的问题电源地与电桥地的问题 4 4、参数选择：、参数选择：a a、测温电桥：调零电位器参数的选择、测温电桥：调零电位器参数的选择b b、放大器电路：、放大器电路：76507650（低温漂，高增益，高输入阻抗）（低温漂，高增益，高输入阻抗）第18页，共18页，编辑于2022年，星期日