热电阻测量电路

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)1 前言1．1传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

热电阻测温电路框图和原理图
大家都曾年轻过，我曾在研一的时候做过一个热电阻测量电路，这里我先把所有的系统框图和电路图贴出来，把当初的设计思路整理出来，在后面我会把所有的设计失误提出来，不合理的地方和误差计算都整理出来，也算是对我告别仪器工程的一个标志吧。

这个电路设计思路是在0~650℃的温度范围内完成PT100热电阻的测量，用的场合在军舰的锅炉房，大概-20~55甚至65degC都是可以达到的，主要完成从电阻到电压的过程。

大致分两个方案
1。

电桥激励的方法（不补偿非线性）
2。

通过运放电路调节电阻的激励电流补偿非线性
系统框图如下
具体电路图如图：
第二种方法系统框图如下
原理图如下：。

常见热电阻测量电路的分析与比较摘要：在工业生产现场中，热电阻是一种重要的测量传感器，需要通过导线将测量信号传递到控制系统中，因此本文通过分析比较三种常见的接线方式，来说明导线对热电阻测量电路的影响。

关键词：接线方式；二线制；三线制；四线制一、背景介绍随着社会的发展，工业技术也不断进步。

在很多工业领域中，热电阻是一种将温度变化转化为电阻值变化的一次元件，在工业生产现场中，需要通过导线将电阻值信号传递到计算机控制系统中或其他仪表上。

由于其安装地与控制地存在一定的物理距离，不能忽视热电阻引线对其测量结果产生的较大影响，因此研究热电阻的接线方式具有重要意义。

二、常见测量电路的分析目前在生产中，常见的热电阻测量电路接线方式主要有三种：二线制、三线制和四线制。

这三种接线方式由于自身的优缺点应用于不同的场合，接下来将详细介绍这三种接线方式。

2.1 二线制接线电路二线制的接线方式就是从热电阻的两端各引出一根导线接入测量电路，从而导出电阻信号，这是热电阻最简单的一种接线方式，该测温原理图的等效电路图如图2-1所示。

其中，r为两根连接导线的电阻；为热电阻，是系统的感温元件；R为固定电阻，与热电阻及导线电阻构成惠斯通电桥。

图2-1 热电阻二线制等效电路图根据等效电路可以得出，显示仪表两端的电压：式2-1根据式2-1得出：式2-2在上式2-2中，R为测量电路中的已知量，可测量得出，因此，测量的距离较短或者在测量精度要求不高时，可以将导线电阻r忽略，视为r=0。

这时就可得出：式2-3采用二线制时，其一，并没有考虑导线电阻，但现实中导线电阻必然存在，导致较大的误差；其二，若采用这种电路进行精密温度测量，整个电路还必须在使用温度范围内。

因此这种接线方式只适合用于测量精度要求较低、传送距离较短的情况。

2.2 三线制接线电路三线制的接线方式是将一根导线从热电阻的根部引出，接到电桥的电源端；从另外一端引出两根导线，这两根导线分别接到热电阻所在的桥臂以及与其相邻的电桥桥臂上，等效电路图如图2-2所示。

1、二线制接法采用两线制得测温电桥如图所示:(a)为接线示意图,(b)为等效原理图。

从图中可以瞧出热电阻两引线电阻RW与热电阻RW一起构成电桥测量臂,这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起得阻值变化量2△RW与因被测温度变化引起热电阻Rt得增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号,从而影响温度测量精度。

(a)示意图(b)等效原理图分析两线制由于引线电阻得误差图中,r为引线得电阻,Rt为Pt电阻,其中由欧姆定律可得:当Rr=Rt时(电桥平衡),V0=-I2*2r 。

从V0得表达式可以瞧出,引线电阻得影响十分明显,两线制接线法得误差很大。

//由于连接导线得电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻得电阻值中,使测量结果产生附加误差。

如在100℃时Pt100热电阻得热电阻率为0、379Ω/℃,这时若导线得电阻值为2Ω,则会引起得测量误差为5、3 ℃。

2、三线制接法三线制接线法构成如图所示测量电桥,可以消除内引线电阻得影响,测量精度高于两线制。

目前三线制在工业检测中应用最广。

而且,在测温范围窄或导线长,导线途中温度易发生变化得场合必须考虑采用三线制热电阻。

(a)示意图(b)等效原理图三线制接线法由图1-13所示,由欧姆定律可得:当Rr=Rt时,电桥平衡,I1=I2,V0=0。

可见三线制接线法可很好得消除引线电阻,提高热电阻得精度。

3、四线制接法如图所示,在热电阻感温元件得两端各连两根引线,此种引线形式称为四线制热电阻。

在高精度测量时,要采用如图所示四线制测温电桥。

此种引线方式不仅可以消除内引线电阻得影响,而且在连接导线阻值相同时,可消除该电阻得影响,还可以通过CPU定时控制继电器得一对触点C与D得通断,改变测量热电阻中得电流方向,消除测量过程中得寄生电势影响。

四线制测量方式不受连接导线得电阻得影响、当测量电阻数值很小时,测试线得电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另两条测试线测量未知电阻得电压降,在电压表输入阻抗足够高得条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上得压降,计算得出电阻值(a)示意图(b)等效原理图在热电阻得根部两端各连接两根导线得方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。

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)1 前言1．1传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

热电阻的测量原理
热电阻的测量原理是根据电阻与温度之间的线性关系，利用热电效应来测量温度。

热电阻的测量原理可以简述为：
1. 热电阻是一种电阻材料，在一定温度下，其电阻值与温度成正比。

2. 当热电阻材料受热时，温度升高导致电阻值增加；反之，当热电阻材料被冷却时，温度降低导致电阻值减小。

3. 热电阻测温的原理就是利用这种温度与电阻的线性关系，通过测量电阻值来推算温度的变化。

具体来说，热电阻的测量通常使用一个电桥电路。

电桥电路由一个精密电阻、一个热电阻和参考电阻组成。

在测量中，通过供电使电桥电路工作。

当热电阻温度变化，其电阻值发生变化，则电桥电路产生差压，这个差压可以通过检测电路测量。

测得的差压值与温度成正比，即可通过比例关系得到温度的数值。

需要注意的是热电阻的测量精度受到温度漂移、线性度、灵敏度等影响，因此在实际测量中需要对这些因素进行校准和补偿。

1 工作原理本系统可以分为五大部分：热电阻温度采集、运行状态显示、继电器控制、键盘输入、风向步进电机控制。

2.1 热电阻温度采集热电阻传感器以其温度特性稳定、测量精图1 Pt1000热电阻温度测量电路度高的特点，在大型中央空调得到了广泛的应用。

采用Pt1000热电阻作为温度传感器的测量电路原理图如图1 所示。

热电阻Rt 与三个电阻接成电桥。

当温度变化时，使得运算放大器的同相输入端的电位发生变化，经过运算放大器放大之后输入到Atmega16单片机进行AD 转换。

由于单片机采用5V 电压作为ADC 的参考电源，而电桥在温度变化为0～100°C 时，输出电压范围为0～0.7V ，所以确定运算放大电路的放大倍数为7,以获得最佳的测量结果。

运算放大电路的电阻按以下公式确定：71045==iu u R R ＋ 456//R R R =取Ω===860,1,6645R k R k R 。

输出电压变化范围大致是0～5V 。

由于ADC 的转换精度为10,故当输入电压为5V 时，其采样值为1023,根据电桥平衡原理，可得到以下公式：)21(1023750-+•=•t t R R R U N V （1） 其中，N ——ADC 数据寄存器的值，U ——电桥电源电压，0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

Pt1000热电阻的阻值按以下公式计算：:)1(20t B t A R R t ⋅+⋅+= （2）Rt ——温度为t 时铂热电阻的电阻值，Ω；t ——温度，℃；0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

A ——分度常数，A ＝0.0038623139728B ——分度常数，B ＝-0.00000065314932626用Visual 根据以上公式（1）、（2）生成用N 来查找温度t 的程序表格，其代码如下：Private Sub Pt1000()Me .Cursor = Cursors.WaitCursortxtTab.Clear()Dim U As Integer = 9 '电桥电源电压'热电阻0度时的电阻值Dim Pt1000_R0 As Integer = 1000Dim n As IntegerDim sngT As SingleDim sngRt As SingletxtTab.AppendText("const float Pt1000Tab[]={" & Chr(13) & Chr(10))For n = 0 To 1023sngRt = (10000 * n + 7161000 * U) / (7161 * U - 10 * n)sngT = (-const_A + Sqrt(const_A ^ 2 - 4 * const_B * (1 - sngRt / Pt1000_R0))) / (2 * const_B)If n < 1023 Then txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & ", /* " & n &" */")Else txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & " /* " & n & " */" & Chr(13)& Chr(10) & "};")End IfIf n Mod 5 = 0 ThentxtTab.AppendText(Chr(13) & Chr(10))End IfNexttxtTab.SelectAll()txtTab.Copy()Me .Cursor = Cursors.DefaultEnd Sub生成的程序常数表格（1024个值）部分如下：const float Pt1000Tab[]={0.0, /* 0 */ 0.1, /* 1 */0.2, /* 2 */0.2,……63.4, /* 696 */63.5, /* 697 */……99.3, /* 1022 */99.4 /* 1023 */};2.2 运行状态显示本系统采用一块16×4的字符型液晶模块，这种类型的LCD应用很广泛，其控制驱动主芯片为HD44780及其扩展驱动芯片HD44100（或兼容芯片），少量阻、容元件，结构件等装配在PCB板上而成。

基于三线制的高精度热电阻测量电路设计热电阻传感器是一种电阻值随环境温度变化而改变的温度传感器，其中用金属铂做成的热电阻因具有稳定性好、精度高、测温范围大等优点，而被广泛应用。

测量温度的热电阻测温仪主要由热电阻传感器、测量显示仪表及连接导线组成。

由于热电阻传感器自身的温度灵敏度较低，连接导线所具有的线路电阻对测量结果影响不容忽视，为了消除导线电阻的影响，热电阻测温仪广泛采用平衡电桥式三线制接法，这种方法使温度误差得到一定的补偿，但线路电阻的影响依然存在。

提出基于恒压分压式三线制导线电阻补偿方法，电路简单，实现方便，可完全消除导线电阻的影响。

相比于文献所提出的使用较多的硬件电路进行导线电阻补偿方法，该方法具有更加简洁的导线电阻补偿电路。

1 常用热电阻测量方法分析对于Pt100 铂热电阻，国际温标BS-90 中给出其阻值随温度变化关系如式(1)所示。

式中，Rt 为热电阻在温度为t℃时的阻值，R0 为热电阻在温度为0℃时的阻值，R0=100 &Omega;，A=3．968 47 乘以10-3℃-1，B=-5．847x10-7℃-2，C=-4．22x10-12℃-3 是与传感器自身相关的系数。

由式(1)可知，Pt100 热电阻的灵敏度约为0．38 &Omega;／℃，为减小连接导线的线路电阻对测量结果的影响，一般常用三线制电桥法进行测量。

VR=1 V 其电路原理如图1 所示。

Rt 为测温电阻，r 为连接导线电阻，R1、R2、R3 为固定桥臂，R1=R2=1 000 &Omega;，R3=100 &Omega;，VR 为基准参考电压，G 为测量仪表。

在该电路中，3 根导线分别连接传感器桥臂、电阻桥臂和输出端。

采用这个方法可以很容易地测出待测电阻Rt。

但是，在实际使用时，温度传感器和测温电路之间往往有一定距离，连接导线的电阻率约为0．1～0．5&Omega;／m，连接导线电阻r 所引起的测量误差不能忽视。