常见几类接线方式的热电阻测温特点分析
测温热电阻接线方式常见的有：二线制、三线制、四线制，以上几种热电阻的测温特点也会各有不同。二线制和三线制热电阻测温的方式是电桥测量法，最终测定温度数值和电阻值之间的关系。四线制热电阻则通常应用恒流源测定电阻值对应的温即可。但是，接触电阻、线路电阻会对热电阻测温结果的真实性和准确性有较大影响，三线制和四线制热电阻可以消除外部影响，更好的保证热电阻测温结果的准确性。
标签：接线方式；热电阻；测温特点
1、热电阻的特点和种类
热电阻在工业生产中是一种比较常见的温度检测设备，热电阻的特点有以下几个：一是测温度的精准度比较高，二是性能比较稳定。铂电阻属于热电阻中测温精准度较高的设备，广泛应用于工业中，也被制作成基准仪。热电阻的测温元件组成有以下几个：一是十字骨架，二是麻花骨架。常用工业热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。热电阻测温的原理实际上就是热电阻的测温元件的电阻值会随着温度的升高而增大，热电阻阻值与温度对应于一定函数关系，电阻值这一电气量通过一系列电路转换得出相应温度数值。被测温度的变化会通过热电阻的阻值体现出来。在测量原理组成中，热电阻的接线方式会对温度测量的准确性有较大的影响。铠装热电阻是比较常见的测温设备，铠装热电阻由以下几个部分组成：一是感温元件，二是引出线，三是绝缘材料，四是不锈钢套管。常用接线方式的几类热电阻按其机械、结构方式、使用条件又可分为：一类是铠装热电阻，保护套管较小，相比于普通热电阻而言，铠装热电阻具有以下应用优点：一是体积非常小，内部无缝隙，测温响应速度快，二是机械性能非常好，抗冲击能力强，三是能够弯曲，安装操作方便，四是应用寿命比较长。二类是端面热电阻，材料是电阻丝，电阻丝可以贴合在被测物体的表面，能够在短时间内感应到被测环境的温度变化。此外，隔爆热电阻内部有特殊的接线盒，实现对存在爆炸危险场所温度的测量。
2、热电阻的测温原理
热电阻的温度会随着被测环境温度的升高而升高，但是并不是所有金属材料都可以作为测温材料，热电阻对于测温材料有较高的要求，常用热电阻的核心组成材料铂和铜，在一定温度范围内具有较理想的温度一电阻线性特性，这样才能保证温度系数的稳定性，保证测温的性能。所以如今，应用比较多的热电阻测温材料：一是铂，二是铜。铂主要适用于以下环境：一是中性介质，二是氧化性介质，铂的稳定性比较强。铜在测温时就体现出较好的线性特性，主要应用于无腐蚀性的介质中，如果被测环境的温度超过150℃，铜就很容易被氧化。热电阻的测温原理实际上就是把温度转化为电阻值，热电阻会把一定温度对对应的电阻信号传输到计算机或二次仪表上。工业热电阻主要安装在生产现场，与控制室二次仪表或计算机系统存在一定的距离，这就对热电阻接线方式提出了较高的要求。
热电阻工作原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 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。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属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 Rt=Rt0[1+α（t-t0）] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。 半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值；A、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-50~300℃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-200~500℃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。 热电阻材料 热电阻测温是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。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类 （1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。 （2）铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点： ①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小； ②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装； ④使用寿命长。
《自动检测技术及仪表》课程设计报告 热电偶温度计的测温原理、选型及其应用 学院： 班级： 姓名： 学号：
目录 一摘要 (3) 二热电偶温度计的测温原理 (3) 2.1 热电偶的测温原理 (3) 2.2 接触电势 (4) 2.3 温差电势 (4) 2.4 热电偶温度计闭合回路的总热电势 (4) 三热电偶温度计的组成结构及其作用和特 (5) 3.1 热电偶温度计的组成结构 (5) 3.2 热电偶温度计的作用及特点 (6) 四热电偶温度计测温技术中涉及到的定则 (7) 4.1 均质导体定则 (7) 4.2 中间导体定则 (7) 4.3 连接导体和中间温度定则 (8) 五热电偶温度计的误差分析及选型 (8) 5.1 影响测量误差的主要因素 (8) 5.1.1插入深度 (8) 5.1.2响应时间 (9) 5.1.3热辐射 (10) 5.1.4冷端温度 (11) 5.2 热电偶温度计的选型 (11) 六现场安装及其注意事项 (13) 七总结 (13) 八参考文献 (15)
一、摘要 热电偶温度计是一种最简单﹑最普通，测温范围最广的温度传感器，是科研﹑生产最常用的温度传感器。在使用时不注意，也会引起较大测量误差。针对当前存在的问题，详细探讨影响测量误差的主要因素：热电偶插入深度﹑响应时间﹑热辐射及冷端温度等因素对测量的影响；在使用时应该怎样选择热电偶温度计，以及使用时的一些安装注意事项，这对提高测量精度，延长热电偶寿命，都有一定的意义。 二、热电偶温度计的测温原理 热电偶温度计是一种感温元件 , 把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端温度不同时 , 回路中就会产生电势，这种现象称为热电效应（或者塞贝克效应）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系 , 制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在 0°C 时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时 , 只要该材料两个接点的温度相同 , 热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此 , 在热电偶测温时 , 可接入测量仪表 , 测得热电动势后 , 即可知道被测介质的温度。 热电偶温度计测温原理图如图所示： 其中，T是热端、工作端或者测量端， T
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点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个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 常用的热电偶材料有： 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
热电阻温度测量原理及常用接线方式 热电阻（如PtIOO ）是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换 成电阻量的温度传感器。 温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方 法得到电阻值（电压/电流），再将电阻值转换成温度值，从而实现温度测量。 热电阻和温度变送器之间有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。 由于热电阻本身的阻值较小， 随温度变化而引起的电阻变化值更小， 例如，铂电阻在零 度时的阻值R0=100 Q,铜电阻在零度时 R0=100 Qo 因此，在传感器与测量仪器之间的引线 过长会引起较大的测量误差。在实际应用时，通常采用所谓的两线、三线或四线制的方式， 如图所示。 图热电阻的接入方式 在图（a ）所示的电路中，电桥输出电压 Vo 为 R r ) 当 R?Rt 、Rr 时， V o ［（R t -R r ） 2 式中：Rt 为铂电阻， Rr 为可调电阻，R 为固定电阻，I 为恒流源输出电流值。 1. 二线制 （c ）三线制 （d ）四线制
二线制的电路如图（b）所示。这是热电阻最简单的接入电路，也是最容易产生较大误差的电路。 图中的两个R是固定电阻。R r是为保持电桥平衡的电位器。二线制的接入电路由于没有 考虑引线电阻和接触电阻，有可能产生较大的误差。如果采用这种电路进行精密温度测量，整个电路必须在使用温度范围内校准。 2.三线制 三线制的电路如图（C）所示。这是热电阻最实用的接入电路，可得到较高的测量精度。 图中的两个R是固定电阻。R是为保持电桥平衡的电位器。三线制的接入电路由于考虑 了引线电阻和接触电阻带来的影响。R11、R12和R l3分别是传感器和驱动电源的引线电阻， 一般说来，R11和R12基本上相等，而R13不引入误差。所以这种接线方式可取得较高的精度。 3.四线制 四线制的电路如图（d）所示。这是热电阻最高精度的接入电路。 图中R ii、R i2、R13和R14都是引线电阻和接触电阻。R ii和R12在恒流源回路，不会引 入误差。R13和R14则在高输入阻抗的仪器放大器的回路中，也不会带来误差。上述三种热电阻传感器的引入电路的输出，都需要后接高输入阻抗、高共模抑制比的仪器放
电子设计大赛论文 （B组） 热敏电阻测温电路设计 第三十组 K3队 组队成员：顾代辉黄龑罗程 2010年5月23日
摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个 很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD 电阻温度检测器。通过分析可知，ref R 两端分到的电压即为ref V ,Vo3输出的电压即为NTC 两段分到的电压。而要求我们设计的电路所用的是NTC 负温度系数热敏电阻器。题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1m A 。这里我们简 单的将 ref R 改成25k 。对于滤波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz 左右，就 能滤掉1000HZ 的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V ；对于稳压管，输出电压为恒定的5V ；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD 连接传输数据。 关键词：温度传感器 AVR 串口显示 I ．电路分析 （1） 电流产生电路分析： 首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知 111211 120 V V I I === 有： 1121221 O V V V R R --= 可解得：1121122=O V V V = 即第一个运放功能为将信号放大两倍。 对于运放A2,同理，有 212221 220 V V I I === 有:221O V V =可见，运放A2是一个电压跟随器。
又：24211234( )2 REF O REF O O V V R V V V V R R -?+=+=+ 11122O REF O V V V V ==+ 故： REF R 两端分到的电压为 122R O REF REF O O REF V V V V V V V =-=+-= 由此可见： REF R 两端分压恒为基准电压 REF V ，只要基准电压和 REF R 的值不变，则 通过 REF R 的电流REF REF V I R = 2.5 12.5mA k ==为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。 由于3233p n V V V ==，故Rline 和R6相当于并联， 66'1001R R I I Rline ==，故100'101 I I I =≈ 故可认为恒定电流I 都通过热敏电阻RTD 。 运放A3以及NTD 分析： 由叠加法分析，当31V 接地时，033131317100'6100R k V V V V R k =- =-=- 当32V 接地时，03323276100100''26100R R k k V V V R k ++= == 故0303033231'''2V V V V V =+=- …………………… ① 而32()'RTD V Rline R I =+? …………………… ② 31(2)'RTD V Rline R I =+? …………………… ③
摘要 电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。 关键词:AT８9S52 AＤC0832 Abstraｃt Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature. ?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832
1.10 热电阻接入电路两线制和三线制接线法的分析 热电阻接入电路两线制三线制接线法 1．分析两线制由于引线电阻的误差 图1-12中，r为引线的电阻，R t为Pt电阻，其中由欧姆定律可得： 当R r=R t时（电桥平衡），V0=-I22r 。 从V0的表达式可以看出，引线电阻的影响十分明显，两线制接线法的误差很大。 2．分析三线制如何消除引线电阻的误差 三线制接线法由图1-13所示，由欧姆定律可得： 当R r=R t时，电桥平衡，I1=I2，V0=0。 可见三线制接线法可很好的消除引线电阻，提高热电阻的精度。 工业用热电阻温度计的使用注意事项
热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质来测量温度的，在工业生产中广泛用来测量(-100～500)℃范围的温度，其主要特点是测温准确度高，便于自动测量。由于热电偶在低温范围中产生的热电势小，因而对测量仪表要求严格，而采用热电阻温度计测量低温是很适宜的。 热电阻温度计按结构形式可分为普通工业型、铠装型及特殊型等。 常用的普通工业型热电阻主要有: 1.铂热电阻:广泛用来测量(-200～850)℃范围内的温度。在少数情况下，低温可测至1K，高温可测至1000℃。其物理、化学性能稳定，复现性好，但价格昂贵。铂热电阻与温度是近似线性关系。其分度号主要有Pt10和Pt100。 2.铜热电阻:广泛用来测量(-50～150)℃范围内的温度。其优点是高纯铜丝容易获得，价格便宜，互换性好，但易于氧化。铜热电阻与温度呈线性关系。其分度号主要有Cu50和Cu100。 铠装热电阻是在铠装热电偶的基础上发展来的，由热电阻、绝缘材料和金属套管三者组合加工而成，其特点是外形尺寸可以做得很小(最小直径可达20毫米)，因而反应速度快，有良好的机械性能，耐振耐冲击，具有良好的挠性，且不易受有害介质的侵蚀。 使用热电阻前必须检查它的好环，简易的检查方法是将热电阻从保护管中抽出，用万用表测量其电阻。若万用表读数为“0"或者万用表读数小于R0值，则该热电阻已短路，必须找出短路处进行修复；若万用表读数为“∞"，则该热电阻已断路，不能使用；若万用表读数比R0的阻值偏高一些，说明该热电阻是正常的。 热电阻的阻值不正确时，应从下部端点交叉处增减电阻丝，而不应从其它处调整。完全调好后应将电阻丝排列整齐，不能碰接，仍按原样包扎好。 经修复的热电阻，必须经过检定合格后方可使用。 热电阻安装时，其插入深度不小于热电阻保护管外径的8倍～10倍，尽可能使热电阻受热部分增长。热电阻尽可能垂直安装，以防在高温下弯曲变形。热电阻在使用中为了减小辐射热和热传导所产生的误差，应尽量使保护套管表面和被测介质温度接近，减小热电阻保护套管的黑色系数。 当用与热电阻相配的二次仪表测量温度时，热电阻安置在被测温度的现场，而二次仪表则放置在操作室内。如果用不平衡电桥来测量，那么连接热电阻的导线都分布在桥路的一个臂上。由于热电阻与仪表之间一般都有一段较长的距离，因此两根连接导线的电阻随温度的变化，将同热电阻阻值的变化一起加在不平衡电桥的一个臂上，使测量产生较大的误差。为减小这一误差，一般在测温热电阻与仪表连接时，采用三线制接法(图1)，即从热电阻引出三根导线，将连接热电阻的两根导线正好分别处于相邻的两个桥臂内(图2)。当环境温度变化而使导线电阻值改变时，其产生的作用正好互相抵消，使桥路输出的不平衡电压不会因之而改变。另一导线电阻R1的变动，仅对供桥电压有极微小的影响，但在准确度范围内。其示意图如下所示:
热电偶的原理及现象 一、实验目的：了解热电偶测温原理。 二、基本原理：1821年德国物理学家赛贝克（T?J?Seebeck）发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。 热电偶测温原理是利用热电效应。如图21—1所示，热电偶就是将A和B二种不同金属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端， 也称热端；未焊接的一端处在温度T0称为自由端 或参考端，也称冷端(接引线用来连接测量仪表的图21—1热电偶 两根导线C是同样的材料，可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0时，热电偶的输出电动势为0；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度，应用在冶金、化工和炼油行业，用于测量、控制较高的温度。 本实验只是定性了解热电偶的热电势现象，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中，二个热电偶串联在一起，产生热电势为二者之和。 三、需用器件与单元：机头平行梁中的热电偶、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V电源；调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器；调理电路单元中的差动放大器；室温温度计（自备）。 四、实验步骤： 1、热电偶无温差时差动放大器调零：将电压表量程切换到2V档，按图21—2示意接线，检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底（增益为101倍），再逆时针回转一点点（防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良）；再调节差动放大器的调零旋钮，使电压表显示0V左右，再将电压表量程切换到200mV档继续调零，使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。
目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务和要求 (1) 3 设计方案与论证 (1) 4 电路设计 (2) 4.1 温度测量电路 (3) 4.2 单片机最小系统 (6) 4.3 LED数码显示电路 (8) 5 系统软件设计 (9) 6 系统调试 (9) 7 总结 (11) 参考文献 (13) 附录1：总体电路原理图 (14) 附录2：元器件清单 (15) 附录3：实物图 (16) 附录4：源程序 (17)
1 课程设计的目的 （1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识； （2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题； （3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧； （4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度； （5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。 2 课程设计的任务和要求 （1）采用LED 数码管显示温度； （2）测量温度范围为-10℃~110℃； （3）测量精度误差小于0.5℃。 3 设计方案与论证 方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。该方案的原理框图如图3-1所示。 DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D 即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控 制系统。 图3-1 方案一系统框图 单片机 最小系统 数码 显示 温度传感器 DS18B20
热电阻及其测温原理 在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、热电阻的测温原理 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。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属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 R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 R t=Ae B/t 式中R t为温度为t时的阻值；A、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-50~300℃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-200~500℃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。 2、工业上常用金属热电阻 从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，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；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu 50的应用最为广泛。 3、热电阻的信号连接方式 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要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。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点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个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电阻的测温电路公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是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。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
热敏电阻温度测量电路 下图是温度在0~50℃范围的测量电路。当温度为0℃时输出电压是0V ，温度为50℃时是5V 。他可以与电压表链接来测量温度，也可以连接AD 转换器变换为数字量，利用计算机之类进行测量。 1、工作原理 该电路由检测温度的热敏电阻和1个运算放大器电路，以及将0~50℃的温度信息变换为0~5V 电压的2个运算放大器电路构成。 热敏电阻检测温度时，利用热敏电阻TH R 与电阻3R 分压后的电压作为检测电压进行处理，在这里是利用运算放大器1OP 的电压跟随器电路提取的。输出电压的极性为正，随着温度的上升，热敏电阻的电阻值降低，所以输出电压也下降。 检出的信号加在1OP 和电阻~4R 7R 构成的差动放大电路的正输入端上，而加在负输入端上的是由8R 、9R 、1VR 对5V 分压后的电压，这部分是电压调整电路，可以在温度为0℃时将1OP 的输出电压调整为0V ，这样就可以输出与温度上升成比例的负电压。 2OP 的输出加在由3OP 构成的反转放大电路上被放大，放大倍数为—10211/)(R VR R +倍。调整2VR 可以使温度达50℃时3OP 的输出电压为+5V 。 通过调整1VR 和2VR ，可以在0℃时得到0V 的输出电压，50℃时得到5V 的输出电压，使输出电压与温度成比例。 2、设计 （1）温度测量范围以及输出电压、电源电压的确定：设定温度测量范围为0~50℃，这时的输出电压是0~5V 。电路使用的电源为±15V ，基准电压为5V 。 （2）热敏电阻和运算放大器的选定：这里使用NTC 型热敏电阻，选用25℃的电阻值为10K Ω，误差在±1%以内的NTH4G39A 103F02型，这种热敏电阻的常数为B=3900。 (3)补偿电阻3R 的确定：电阻3R 的作用是当热敏电阻的温度变化时，将相对应的输出电压的变化线性化。设线性化的温度范围是0~50℃，，那么补偿电阻3 R
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是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。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
热电偶测量原理 摘要：温度，无论是在工业还是农业生产过程中都属于很普遍又很重要的指标。测量温度信号使用各种类型的温度传感器实现，如热电偶（TC）、热电阻（RTD）、热敏电阻（NTC）等。本文主要介绍热电偶测量原理及其类型，以及对热电偶选取的简单介绍。 一、何为热电偶 两种不同材料的导体或半导体（通常称为热点极）两端接合（接合点A与B）形成回路时候，当两端的接合点T A≠T B时，在回路中就会产生电动势，通过温度差变化引起电动势的变化称为热电效应，该电动势又被称为热电势，如图 1所示。由于该热电势是由两种不同的导体材料产生的，又称之为热电偶。由热电偶的定义可以发现，热电偶可将温度直接转化电信号，使得测量可以很容易简单的进行。 图 1 热电效应原理 二、热电偶类型 对于热电偶热电势的产生需要达到如下条件： 1.两种不同材料的导体或半导体； 2.温度差的产生，即TA≠TB； 改变T A（称之为测量端，也叫热端）结点温度时，保持T B（称之为参考端，也叫冷端）处于一恒温状态，就能通过热电势与温度关系得出该两种材料所形成的热电偶分度表，由于热电势指的是E AB（T A，T B），两端接合点温度差所对应的电势差有关，而温度差相同但温度段不同时对应的信号大小也是不一致的，例如0~50℃和50~100℃的温度差相同，但信号大小却是不相同，为了准确测量温度信号就必须把其中一头的温度固定下来，通常分度表的T B一般为0℃。所以从理论上讲，任何两种导体都可以配制为热电偶，但得到的并不全是满足测量需求的，如测温精度、测温范围、测温瞬变程度等。在多年的时间测试了许多种热电材料组合的热电特性，经过百多年的发展已经对产品的规格及性能都已标准化。目前常用的热电偶类型有8种，S、R、B、E、T、J、K、N。其中S、R、B属于贵金属材料热电偶；E、T、J、K、N属于廉金属材料热电偶。对于热电偶类型所选用的材料均可在网上找到对应资料。 对于不同型号类型热电偶拥有自己所测量的最优温度区间，将在后续选取中进一步介绍。 三、热电偶测量原理 四个热电偶基本经验定律： 1.均质导体定律：由同一种均质材料两端焊接组成闭合回路时，无论导体两端及其截面温度如何分布，均不产生接触电势，而温差电势相互抵消，总电势为零； 2.中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响；
热敏电阻测温电路 热敏电阻测量电路 本测温控温电路适用于家用空调、电热取暖器、恒温箱、温床育苗、人工孵化、农牧科研等电热设备。其使用温度范围是0~50℃，测控温精度为±（0.2~0.5）℃. 2.2.1 原理电路 本测温控温电路由温度检测、显示、设定及控制等部分组成，见图2.2.1。图中D1~D4为单电源四运放器LM324的四个单独的运算放大器。RT1~RTn为PTC感温探头，其用量取决于被测对象的容积。 RP1用于对微安表调零，RP2用于调节D2的输出使微安表指满度。S 为转换开关。 图2.2.1 测温控温电路由RT检测到的温度信息，输入D1的反馈回路。该信息既作为D2的输入信号，经D2放大后通过微安表显示被测温度；又作为比较器D4的同相输入信号，与D3输出的设定基准信号，构成D4的差模输入电压。当被控对象的实际温度低于由RP3预设的温度时，RT的阻值较小，此时D4同相输入电压的绝对值小于反相输入电压的绝对值，于是D4输出为高电位，从而使晶体管V饱和导通，继电器K得电吸合常开触点JK，负载RL由市电供电，对被控物进行加热。当被控对象的实际温度升到预设值时， D4同相输入电压的绝对值大于反相输入电压的绝对值， D4的输出为低电位，从而导致V截止，K失电释放触点JK至常开，市电停止向RL供电，被控物进入恒温阶段。如此反复运行，达到预设的控温目的。
2.2.2 主要元器件选择本测温控温电路选用PTC热敏电阻为感温元件，该元件在0℃时的电阻值为264Ω，制作成温度传感器探测头，按图2.2.2线化处理后封装于护套内， 其电阻-温度特性见图2.2.3. 图2.2.2 线化电路线化后的PTC热敏电阻感温探头具有良好的线性，其平均灵敏度达16Ω/℃左右。如果采用数模转换网络、与非门电路及数码显示器，替代本电路的微安表显示器，很容易实现远距离多点集中的遥测。继电器的选型取决于负载功率。为便于调节，RP1~RP4选用线性带锁紧机构的微调电位器。 2.2.3 安装与调试调试工作主要是调整指示器的零点和满度指示。先将S接通R0，调节RP1使微安表指零，于此同时，调节RP4使其阻值与RP1相同，以保持D1与D4的对称性。然后将S接通R1，调节RP2使微安表指满度。最后，按RT的标准阻-温曲线，将RP3调到与设定温度相应的阻值，即可投入使用。本测温控温电路适用于家用空调、电热取暖器、恒温箱、温床育苗、人工孵化、农牧科研等电热设备。其使用温度范围是0~50℃，测控温精度为±（0.2~0.5）℃.
Pt100热电阻的三种接线方式 发布时间：10-08-05 来源：点击量：2596 字段选择：大中小
WZP-17□Y-□-L-□-□-(-50℃～120℃) WZP-27□Y-□-L-□-□-(-50℃～120℃) WZP-27□Y-□-L-□-□-(-50℃～120℃)-M12×1
分度号：Pt100、Pt1000 规格：φ6、φ5、φ4、φ3，管长L=30～300mm，引出线为三线制或四线制精度：B、A、1/3B～1/10B 温度范围：-100～120℃ 材料：不锈钢;接插件为螺纹锁紧航空插头，耐热温度120℃ WZP-27□Y-□-L/L1-□-□-(-50℃～500℃) 分度号：Pt100 规格：φ6、φ5，管长L=30～300mm，引出线为三线制或四线制 精度：B、A、1/3B～1/10B 温度范围：-100～500 材料：不锈钢;接插件为螺纹锁紧航空插头，耐热温度120℃
外加焊接护套型WZPT-27□Y-□-L-□□-(-50～120℃)-M12×1 分度号：Pt100 规格：φ6、φ5，管长L=30～300mm，引出线为三线制或四线制 精度：B、A、1/3B～1/10B 温度范围：-100～120℃ 材料：不锈钢;接插件为钢球锁紧航空插头，耐热温度120℃ 1、Pt100热电阻的三种接线方式在原理上的不同： 二线制和三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。四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。 2、Pt100热电阻的三种接线方式对测量精度的影响 连接导线的电阻和接触电阻会对Pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或者四线制接线方式能有效消除这种影响。与热电阻连接的检测设备(温控仪、PLC输入等)都有四个接线端子：I+、I-、V+、V-。其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测
课程题目：热敏电阻测温电路的设计院系：机电汽车工程学院 班级： 学生： 学号： 小组成员： 指导教师：
目录 一、设计目的、要求及方案选择-----------------------------------------------------(2) 1、设计目的---------------------------------------------------------------------------(2) 2、设计要求---------------------------------------------------------------------------(2) 3、设计方案的选择--------------------------------------------------------------------( 2) 二、硬件系统各模块电路的设计---------------------------------------------------（3） 1、单片机系统的设计---------------------------------------------------------------（3）1-1、AT89C51的简介及管脚功能---------------------------------------------(3) 1-1、AT89C51的最小系统介绍-----------------------------------------------(5) 2、基于MF58的NTC热敏电阻温度测量电路设计 ---------------------------（7） 2-1、MF58热敏电阻的介绍---------------------------------------------------(8) 2-2、温度测量电路的设计----------------------------------------------------(10) 3、LED数码管显示电路的设计---------------------------------------------------(11) 3-1、显示电路驱动系统的设计