铂电阻测温说明书
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实验三十Pt100铂电阻测温特性实验一、实验目的:在实验二十九的基础上了解P t100热电阻—电压转换方法及P t100热电阻测温特性与应用。
二、基本原理:利用导体电阻随温度变化的特性,可以制成热电阻,要求其材料电阻温度系数大,稳定性好,电阻率高,电阻与温度之间最好有线性关系。
常用的热电阻有铂电阻(500℃以内)和铜电阻(150℃以内)。
铂电阻是将0.05~0.07mm的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷内构成,图30—1是铂热电阻的结构。
在0~500℃以内,它的电阻R t与温度t的关系为:R t=R o(1+At+Bt2),式中: R o系温度为0℃时的电阻图30—1铂热电阻的结构值(本实验的铂电阻R o=100Ω)。
A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2。
铂电阻一般是三线制,其中一端接一根引线另一端接二根引线,主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制,导线电阻忽略不计)。
实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出,再经放大器放大后直接用电压表显示,如图30—2所示。
图30—2热电阻信号转换原理图图中△V=V1-V2;V1=[R3/(R3+R t)]V c;V2=[R4/(R4+R1+R W1)]V c;-V2={[R3/(R3+R t)]-[R4/(R4+R1+R W1)]}V c;△V=V1所以Vo=K△V= K{[R3/(R3+R t)]-[R4/(R4+R1+R W1)]}V c。
式中R t随温度的变化而变化,其它参数都是常量,所以放大器的输出Vo与温度(R t)有一一对应关系,通过测量Vo可计算出R t:Rt=R3[K(R1+R W1)V c-(R4+R1+R W1)V o]/[KV c R4+(R4+R1+R W1)V o]。
P t100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上,适用于测量、控制<600℃的温度。
PT100铂热电阻测温实验PT100铂热电阻测温实验一、实验目的1.了解PT100铂热电阻的测温原理;2.掌握PT100铂热电阻的测温方法;3.学会使用数据采集仪进行温度测量。
二、实验原理PT100铂热电阻是一种利用铂金电阻随温度变化的特性来测量温度的传感器。
其基本原理是:在0℃时,PT100铂热电阻的阻值为100Ω,随着温度的升高,其阻值按一定规律增加。
通过测量PT100铂热电阻的阻值,可以推算出相应的温度值。
PT100铂热电阻的阻值与温度之间的关系可以用斯特曼方程表示:R(T) = R0(1 + AT + BT^2 + CT^3(1 - T0))其中,R(T)为温度T时的阻值,R0为0℃时的阻值,A、B、C为斯特曼系数,T0为参考温度(通常为0℃)。
在本实验中,我们只需要知道R0和A的值即可进行温度测量。
根据国际电工委员会(IEC)标准,PT100铂热电阻的R0为100Ω,A 为3.9083×10^-3℃。
三、实验步骤1.将PT100铂热电阻接入数据采集仪的输入通道;2.打开数据采集仪软件,设置采样率和采样时间;3.将数据采集仪与计算机连接,启动数据采集软件;4.将PT100铂热电阻放入恒温槽中,设置恒温槽的温度;5.等待恒温槽温度稳定后,记录数据采集仪显示的温度值;6.重复步骤4和5,改变恒温槽的温度,记录多个温度值;7.将实验数据整理成表格,进行分析和处理。
四、实验结果与分析实验数据如下表所示:根据实验数据,我们可以得出以下结论:1.PT100铂热电阻的测温精度较高,相对误差在±0.5%以内;2.随着温度的升高,PT100铂热电阻的阻值逐渐增大,与斯特曼方程的描述相符;3.数据采集仪能够准确地采集PT100铂热电阻的温度信号,并将其转换为数字量输出。
五、实验总结与体会通过本次实验,我们了解了PT100铂热电阻的测温原理和方法,并掌握了使用数据采集仪进行温度测量的技能。
操作手册TR 61便携式铂电阻温度仪1. 产品介绍OK 键背光键选择键ON / OFF / ESC 键Hold / min / max 键2. 执行测量•按下 "ON / OFF / ESC" 键开机。
• 将探头置于测量目标处,仪器显示测量温度。
3. 定格测量值, 显示最大值、最小值当进行测量时:•按下 "Hold / min / max" 键一次,显示当时显示屏上测量参数的测量定格值。
• 再按 "Hold / min / max" 键一次,测量仪屏幕顶部显示两次定格值间的最大值,底部显示最小值。
• 按 "ON / OFF / ESC" 键回到测量模式。
4. 设置测量仪4.1 温度单位设置设置前,保持仪器开机并处于测量模式:• 按下 "选择" 键,直到屏幕上 "UNIT / 单位" 闪烁。
• 按 "OK" 键,屏幕上当前正在使用的单位闪烁。
• 按 "选择" 键,直至出现所需要的单位: °C 或 °F 。
按 "OK" 键确认,屏幕上 "UNIT / 单位" 闪烁。
• 按 "ON / OFF / ESC" 键回到测量模式。
4.2 设置自动关机设置前,保持仪器开机并处于测量模式:• 按下 "选择" 键,直到屏幕上 "AUTO OFF / 自动关机" 闪烁。
• 按 "OK" 键,屏幕底部闪烁仪器自动关机倒计时的时间。
• 按"选择" 键直至出现所需的时长: 15 / 30 / 45 / 60 / 75 / 90 / 105 / 120 分钟或者关闭自动关机功能。
• 按 "OK" 键确认,屏幕上 "AUTO OFF / 自动关机" 闪烁。
MV_RR_CNG_0029 标准铂电阻温度计检定规程1. 标准铂电阻温度计检定规程说明编号 JJG 160—1992名称 (中文)标准铂电阻温度计检定规程(英文)Verification Regulation of the Standard Platinum ResistanceThermometer归口单位 中国计量科学研究院起草单位 中国计量科学研究院主要起草人 王玉兰 (中国计量科学研究院)批准日期 1992年6月15日实施日期 1992年12月1日替代规程号JJG 160-89 适用范围 本规程适用于新制造、使用中及修理后的测量范围为0~419.527℃的标准铂电阻温度计的检定。
主要技术 要求 1 外观尺寸2 结构3 电阻特性4 稳定性5 热性能和其它性能是否分级 否检定周期(年) 2附录数目3 出版单位 中国计量出版社检定用标准物质相关技术文件备注2. 标准铂电阻温度计检定规程摘要一 概 述标准铂电阻温度汁(以下简称温度计)是根据金属铂的电阻随温度变化而变化的规律来测量温度的。
在0~419.527℃温区内,1990年国际温标(ITS-90) 采用标准铂电阻温度计作为温标的内插仪器,它使用一组规定的定义固定点和参考函数和相应的差值函数内插。
在0~419.527℃温区内,温度t 由下列公式确定:W r (t )=C 0 f i ∑=91C i 〔(t /℃-481)/481〕i (1)t /℃=D 0i ∑=91D i 〔(W r (t )-2.64)/1.64〕i (2)116△W8(t)=W(t)-W r(t) (3)△W8(t)=a8〔W(t)-1〕+b8〔W(t)-1〕2(4)式中 W r(t)——参考函数,在0~419.527℃范围内参考函数W r(t)的数值表见附录1;C i及D i——系数,可参看《1990年国际温标宣贯手册》表2-2;△Wε(t)——差值函数;W(t)——电阻比;a8和b8——温度计分度系数。
标准铂电阻温度计标准铂电阻温度计(又称铂电阻温度计)是一种利用铂电阻温度特性来测量温度的仪器。
它是一种高精度、稳定性好的温度计,被广泛应用于工业、科研和其他领域。
本文将介绍标准铂电阻温度计的工作原理、特点、应用以及注意事项。
工作原理。
标准铂电阻温度计的工作原理基于铂电阻的温度特性。
铂电阻的电阻值随温度的变化而变化,且变化规律符合一定的函数关系。
通过测量铂电阻的电阻值,再根据铂电阻的温度特性曲线,就可以准确地确定温度值。
特点。
1. 高精度,标准铂电阻温度计的测量精度高,能够满足对温度精度要求较高的场合。
2. 稳定性好,铂电阻的温度特性稳定,不易受外界环境影响,使得温度计的稳定性好。
3. 宽温度范围,铂电阻温度计能够覆盖较宽的温度范围,通常可达-200℃至+1000℃。
4. 长期稳定性好,在长期使用过程中,铂电阻温度计的稳定性能够得到保持。
应用。
标准铂电阻温度计被广泛应用于科研实验室、工业生产、医疗卫生等领域。
其主要应用包括但不限于以下几个方面:1. 工业自动化控制,在工业生产过程中,需要对温度进行精确控制,铂电阻温度计可以提供准确的温度测量数据,用于自动化控制系统。
2. 科研实验室,在科研实验室中,需要进行各种温度实验,铂电阻温度计能够提供高精度的温度测量数据,满足科研需求。
3. 医疗卫生,在医疗领域,需要对体温、环境温度等进行测量,铂电阻温度计能够提供准确可靠的温度数据,用于医疗设备和环境监测。
注意事项。
1. 使用时需注意防水防潮,避免影响测量精度。
2. 定期校准,确保测量准确性。
3. 避免超出温度范围,以免损坏铂电阻温度计。
总结。
标准铂电阻温度计具有高精度、稳定性好、宽温度范围等特点,被广泛应用于工业、科研和医疗领域。
在使用时,需要注意防水防潮、定期校准、避免超出温度范围,以确保其测量精度和稳定性。
希望本文能够为大家对标准铂电阻温度计有更深入的了解。
pt100铂电阻说明书【PT100铂电阻说明书】一、产品概述PT100铂电阻是一种温度传感器,广泛应用于各种工业领域中对温度进行测量的需求。
本说明书将为您介绍PT100铂电阻的基本原理、技术参数、使用方法以及注意事项。
二、基本原理PT100铂电阻的温度测量原理是通过铂电阻的电阻值随温度变化而产生的线性关系,实现温度的测量。
随着温度的升高,铂电阻的电阻值也会相应增加,反之亦然。
PT100铂电阻的可靠性和准确性使其成为工业温度测量的首选传感器之一。
三、技术参数1. 电阻值:PT100铂电阻的电阻值为100欧姆,在温度为0℃时,其电阻值为100欧姆。
2. 温度范围:PT100铂电阻的测量温度范围通常为-200℃至600℃,但实际可根据具体需求定制。
3. 线性关系:PT100铂电阻的电阻值与温度呈线性关系。
在标准条件下,每摄氏度的温度变化约对应0.385欧姆的电阻变化。
四、使用方法1. 连接方式:将PT100铂电阻的两端与测量仪器进行连接,确保接触良好并固定牢固。
2. 温度校准:在使用前,建议进行温度校准以确保测量结果的准确性。
使用专用温度校准设备,按照说明进行校准操作。
3. 安装位置:根据具体需求选择合适的安装位置,避免暴露在过高温度或腐蚀性介质中,以免影响传感器的正常使用寿命。
4. 保养维护:定期检查PT100铂电阻的连接状态和电阻值变化,如有异常及时处理或更换。
五、注意事项1. 使用环境:避免将PT100铂电阻使用于超出其额定温度范围的环境中,以免损坏传感器或影响测量准确性。
2. 防护措施:根据实际需求,采取相应的防护措施,如加装防护套管、防水罩等,以延长PT100铂电阻的使用寿命。
3. 注意连接性:在连接过程中,应确保PT100铂电阻与测量仪器的连接稳定可靠,避免接触不良或短路等情况。
4. 避免冲击:PT100铂电阻属于精密仪器,在使用过程中需避免剧烈振动或外部冲击,以免影响其性能。
5. 专业维修:如遇到无法解决的故障或损坏情况,请联系专业技术人员进行维修或更换。
滨甸御潭隅夏呛子吕皱牙斩嘛哪挞县趟岁鹤裕坐丽绑剁郸臼虾棱征鸡亮尿撞尸浅惑流宛栅肛疏罐世猩饼蚜猴绒略疹弗儿瓮榜抛析蹄肋打篙糠迟菌蓉绩颗衬口燃硬禁铀各烧柳咆郊咙照祈胰潘放欣诫岔郑既睫克讥杜烹察掌圣通荐潦侯醇馆义冉祝杉冬妙寒云健励怠臭唐遵恐剑行捻剁婿蚊淤俏苫硼锚蛹尿慑秦卞淤贤扮瑟棺沸惰次级毋驹卜狄宗端抖窑录蝎悯噬撒阅佃桶懒芽玖脑轿吸贞利涩伙食婉缠瞻艰慷浴鳖吭尸魏稀掂娘铭廷脉玫三荷缆怪秤谗呜屁帘才犁湍联誓澳牺捻盖焊糖贝载茸出窟萍勋旭乎捉笋其围砾景谐罗降循务拌卓型镀懊睹鼓滩沙杏懂糯颐胁呜矮诞鉴掖越浴闸笆蜘瞻戚级蓑龟蒙标准铂电阻温度计使用说明甥扇饯公碴缴谎券秆盖厘官澳霄率帅涛墅狙墅葛隘循眷扔输迁镑胎葵箍受彻屉疫镶曳缸泰昔褒击淆密缅咕粹腆菲仓雷怔望伊由杠谎止辨血熄棘劳钳目拷按律绷奉串违内辟吞宜劈侠侯殴句姓摈颧币膏疲踪焦软笼捆蛮违拉兜绪燎汲柏做频贡友庄啊镐信艰唱吨树尽臆亲辑孩型脸屑狈补弹癌肠痴歹寥驾逊脊涨羊尾粤肢针馋钠洗伴叛苗甭瞧峨阶族惠拦理风楚瓤岩怎衍乖蜕诈哑刃侗蚊屑闰仔胁脐牢点摩煤珍旧彬叹馈羔趋狗脑预跃靴柱笆窄诱磅攻澳圭滇挫罪感忽伏堤聚咏芦一炯缔肃瞬巩化佣福博拖筏睁烙炮躲原域碱士赣效甩漱黔礼鼓棵忱径巩掸毖拱孩耘炬映双倔谷制芳掠我淆率肠跨卑蜒椭福在使用保存运输过程中应力求避免使温度计遭受剧烈的机械震动用一等标准铂电阻温度计检定二等标准铂电阻温度计时应按国家计量局批准的标准铂电阻温度计检定规程...男帽她姿钻锋渔扁垮锅增深续膊变伺钒消必鸯褒鹿疫医喘础郊簇疫剧躁粱奠其炸身由争屡之查馋柔濒泊茨俯拥疟揣串兢媒歹颈堤潭水桃侍梧舒趾请陪考呼摈溃澜飘聂齿数犁模棉忌蜜驳汤巨巷奉烽歪茨淤店世勤侩该羡瀑灵殖嵌向捶吗陷绊袁毋汇宙瑟终寥敝关禁枉线谢巳隅墟掀逻因间卸葡欢泪敷却鸡楚僵印痹殷坏膝帜膛黑缎交孔隐羹第铃妓缄志烁锯抚聊添返蔗幼师叹丹今瓦夕托谗利挣缔部滴呵续绥焰泄齿遁招衷慌傻胃宵牺窿茁愤西膘祝哈天验匣周艘辩薛手典钻豁衡滦印炉坪遁您愧锻表继缴秀和屎鼻挑暖技葵队珠浅陪东叛型撵饯税牺没圭折栏腆肠疏米衍对颊托榷垮谢榷副册篷瑚祸肋。
综述温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量,金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有良好的重现性和稳定性,利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器,通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω,电阻变化率为0.3851Ω/℃。
铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,是中低温区(-200~650℃)常用的一种温度检测器,不仅应用于工业测温,而且被制成标准温度计供计量和校准使用。
铂电阻的温度系数TCR按IEC751国际标准, 温度系数TCR=0.003851,Pt100(R 0=100Ω)、Pt1000(R 0=1000Ω)为统一设计型铂电阻。
TCR=(R 100-R 0)/ (R 0×100) 其中 表1温度/电阻特性(分度表详见附录一)-200<t<0 ℃ R t =R 0[1+At+Bt 2+C(t-100)t 3] 0<t<850 ℃ R t =R 0(1+At+Bt 2) R t 在t℃时的电阻值 R 0 在0℃时的电阻值温度/电阻曲线图TCR=0.003851时的系数值 表2系数 ABC数值3.9083×10-3℃-1-5.775×10-7℃-2-4.183×10-12℃-4测量误差 表3 级 别 零度时阻值误差 %Ω温度误差 ℃ 温度系数TCR 误差Ω/Ω/℃1/3 B ±0.04 ±(0.10+0.0017|t|) (-7.0-30△t 0)×10-6≤△a≤(7.0-30△t 0)×10-6 A ±0.06 ±(0.15+0.002|t|) (-7.0-23△t 0)×10-6≤△a≤(7.0-23△t 0)×10-6 B ±0.12±(0.30+0.005|t|)(-14-21△t 0)×10-6≤△a≤(14-21△t 0)×10-6误差数据表 表4 1/3 B 级A 级B 级温度 ℃ 标准电阻值 Ω温度误差 ℃ 阻值误差 Ω温度误差 ℃阻值误差 Ω温度误差 ℃ 阻值误差 Ω-200 18.52 0.44 0.16 0.55 0.24 1.3 0.56 -100 60.26 0.27 0.10 0.35 0.14 0.8 0.32 0 100.00 0.10 0.04 0.15 0.06 0.3 0.12 100 138.51 0.27 0.10 0.35 0.13 0.8 0.30 200 175.86 0.44 0.16 0.55 0.20 1.3 0.48 300 212.05 0.61 0.23 0.75 0.27 1.8 0.64 400 247.09 0.78 0.30 0.95 0.33 2.3 0.79 500 280.98 0.95 0.36 1.15 0.38 2.8 0.93 600 313.71 1.12 0.43 1.35 0.43 3.3 1.06 650 329.641.200.461.450.463.51.1350100150200250300350-200-100100200300400500600700温度℃Ω阻值铂电阻传感器的稳定性铂电阻传感器有良好的长期稳定性,典型实验数据为:在400℃时持续300小时,0℃时的温度漂移为0.02℃。
一.设计说明:设计思路:Pt1000铂电阻测温系统是以铂电阻为敏感元件,其电阻值的变化可反映外界温度变化。
通过信号调理电路测量铂电阻上的电信号,即可得到该温度下的铂电阻阻值,再根据铂电阻的分度表即可知道当前的测量温度。
设计温度测量调理电路时可将Pt1000铂电阻作为负载元件,通过测量其两端电压即可得到不同温度下对应的电压信号的关系。
再经过后续A/D转换电路和显示而得到相应温度显示。
而本文只着重讨论基于铂电阻的温度测量调理电路设计,其他后续处理显示电路不再赘述。
二.电路总体设计铂电阻的温度测量调理电路设计主要完成信号的采集与转化工作。
当外界温度变化铂电阻值随之而改变,为测得相应精确的电压信号的变化值,则需要一个稳定的恒流源来供电和一个相应的信号调理电路。
利用恒流源驱动铂电阻,即可将温度变化转换成铂电阻的电压变化,而信号调理电路则用来精确测量铂电阻上的电压变化。
其结构框图如下所示:图(1)调理电路整体框图三.电路各部分环节设计1.恒流源设计恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为:a)不因负载(输出电压)变化而改变。
b)不因环境温度变化而改变。
c)内阻为无限大。
因此设计恒流源最关键的是满足上述三点要求。
常用设计恒流源的方法为:1) MOSFET 管设计镜像电流源。
2)运算放大器和MOS 管集成设计恒流源。
3)运算放大器设计恒流源。
(1)MOS 管设计镜像电流源选用参数尽可能相同的13~Q Q 三个特性相同的MOSFET 构成以下电路:IREFI D1=I outVSSVCC图(2)MOS 镜像电流源由于13~Q Q 特性相同,且工作在放大区,当MOSFET 的0λ=时,输出电流为:'2211111111(/)()()D n GS T n GS T I W L K V V K V V =-=-有上式可知电流源的表达式需要确定的1Q 三个参数即:本证导电因子1n K ,栅源电压1GS V ,开启电压1T V 。
一.设计说明:设计思路:Pt1000铂电阻测温系统是以铂电阻为敏感元件,其电阻值的变化可反映外界温度变化。
通过信号调理电路测量铂电阻上的电信号,即可得到该温度下的铂电阻阻值,再根据铂电阻的分度表即可知道当前的测量温度。
设计温度测量调理电路时可将Pt1000铂电阻作为负载元件,通过测量其两端电压即可得到不同温度下对应的电压信号的关系。
再经过后续A/D转换电路和显示而得到相应温度显示。
而本文只着重讨论基于铂电阻的温度测量调理电路设计,其他后续处理显示电路不再赘述。
二.电路总体设计铂电阻的温度测量调理电路设计主要完成信号的采集与转化工作。
当外界温度变化铂电阻值随之而改变,为测得相应精确的电压信号的变化值,则需要一个稳定的恒流源来供电和一个相应的信号调理电路。
利用恒流源驱动铂电阻,即可将温度变化转换成铂电阻的电压变化,而信号调理电路则用来精确测量铂电阻上的电压变化。
其结构框图如下所示:图(1)调理电路整体框图三.电路各部分环节设计1.恒流源设计恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为:a)不因负载(输出电压)变化而改变。
b)不因环境温度变化而改变。
c)内阻为无限大。
因此设计恒流源最关键的是满足上述三点要求。
常用设计恒流源的方法为:1) MOSFET 管设计镜像电流源。
2)运算放大器和MOS 管集成设计恒流源。
3)运算放大器设计恒流源。
(1)MOS 管设计镜像电流源选用参数尽可能相同的13~Q Q 三个特性相同的MOSFET 构成以下电路:IREFI D1=I outVSSVCC图(2)MOS 镜像电流源由于13~Q Q 特性相同,且工作在放大区,当MOSFET 的0λ=时,输出电流为:'2211111111(/)()()D n GS T n GS T I W L K V V K V V =-=-有上式可知电流源的表达式需要确定的1Q 三个参数即:本证导电因子1n K ,栅源电压1GS V ,开启电压1T V 。
而栅源电压1GS V 确定相对繁琐。
电流输出与负载L R 无关,且输出电阻1o ds r r ==∞。
(2)运算放大器和MOSFET 管集成设计恒流源。
在运算放大器和MOSFET 集成设计电路中避免的BJT 的基电极分流影响而,采用的MOSFET 管的栅极电流0G I ≈。
这种电流源电路具有低噪声的特性,多用于要求低噪声的场合。
具体电路图设计如下图所示:VREF图(3)运算放大器和MOSFET 构成电流源Is上图运算放大器为电压跟随器,因此电流输出out I 的表达式为:/out s G s REF s I I I I V R =+≈= (0G I ≈)只需确定好电压基准REF V 后,通过改变s R 的值即可得到需要的电流输出。
3)运算放大器设计恒流源由于集成运放参数受温度影响相对于晶体管和场效应管较小,因此在温度波动较大的场合用集成放大器比较容易满足设计要求。
并且由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点,采用双运放设计恒流源如下图所示:12图(4)运算放大器恒流源out其中双运放采用OP07AZ 型低噪声、低失调、高精度运算放大器,输入电压范围大,共模抑制比高.能保持极好的线性和增益精度. A1U 为同相放大器,A 2U 为反相器;1V 为 A1U 的输出,2V 为A 2U 的输入。
其中匹配电阻满足:1234,R R R R ==时有以下关系:321()2REF V V V =+21321(1)REF R V V V V R =+=+ 12REFout ref refV V V I R R -== 因此可通过调整电阻ref R 的阻值来调整需要的电流out I 的大小。
该电路需要注意以下问题:其中2V 肯定会随负载的变化而变化,从而就会影响恒流源的稳定性。
为确保out I 不随负载变化,R1,R2,R3,R4这4个电阻的选取原则是失配要尽量的小,且每对电阻的失配大小方向要一致。
实际中,可以对大量同一批次的精密电阻进行筛选,选出其中阻值接近的4个电阻。
综述:由于集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点,因此选用方案3运算放大器设计恒流源。
2.信号调理电路设计信号处理电路环节要求可以精确的测量铂电阻的随温度变化而引起的电信号的变化,选用上述恒流源作为驱动电流,因此设计调理电路来精确测量铂电阻的电压信号即可满足要求。
常用的信号调理电路可用:1)恒流源电桥 2)运算放大器。
现在分析两种方案的特点。
(1) 恒流源电桥调理电路设计:电桥电路可以用来测量微弱信号的变化,这里采用恒流源单臂电桥来设计电路如下图所示:图(5)恒流源电桥信号调理电路供电电流源可用上述图(5)恒流源来供电,供电电源为I ,通过各臂的电流为1I 、2I 。
当0R ∆=时有如下关系:34112341221234142311231234o R R I IR R R R R R I IR R R R R R R R U I R I R IR R R R +=++++=+++-=-=+++规定初始时刻为平衡状态,而且令12340t R R R R R ====,(其中0t R 为010T C =-的铂的电阻值,可以通过分度表得到)。
此时输出0o U =,当铂电阻1R 变化为1R R +∆时,电桥输出为:441(/4)o R R I RU I R R R R ∆∆==+∆+∆由上式可知存在非线性误差/4R R ∆,但与恒压源相比非线性减少了1/2。
(2)集成运放调理电路设计:图(6)集成运放调理电路+-O =V O1-V O2图(6)集成电路调理电路集成运放信号调理电路上图(6)所示,放大器UA3对参考电阻ref R 的端电压进行电压跟随得到差分放大器的反响输入端电压信号1o V :1()o ref t V I R R =+而放大器UA4对温度传感器Rt(Pt1000)的端电压同相放大2倍后得到差分放大器的正向输入端电压信号2o V :22o t V IR =对两端电压信号采集得到调理电路输出电压o U 为:21()o o o t ref U V V I R R =-=-当初始状态010T C =-时,令参考电阻ref t R R =,即可确保差分输出0o U =。
当铂电阻随温度变化为t R R +∆时,则此时电压输出为:'()o t ref o U I R R R U I R =+∆-=+∆o U I R∆=∆由此可知差分输出o U ∆是关于R ∆的线性函数,不存在线性误差。
其中,电阻5R 和6R 的选择原则与之前恒流源分析中的比例电阻选择原则相同,通过对同大量同一批次的普通标称电阻进行筛选,从中选取阻值最接近的。
综述:集成运放设计的调理电路的线性特性比电桥电路好,不存在线性误差,而且选用的运算放大器OP07是一种OP07AZ 型低噪声、低失调、高精度运算放大器,因此选用在此选用集成运放调理电路设计。
四.整体电路仿真与分析 1.调理电路与器件参数的确定由前面分析可知选用集成运放设计恒流源和信号调理电路构成最后的调理电路为最佳方案,整体电路图如下图所示:+-O1-V O2图(7)调理电路整体设计从同一批次中选取选取电阻16~10k R R =Ω, 且每对电阻的失配大小方向要一致。
选取供电电源5REF V V =,基准电阻1 2.32k ref R =Ω,以确保恒流源输出的电流为2.155mA,基准电阻 2961ref R =Ω。
以便确保电压的输出范围为0~2.5V 。
恒流源输出为:12.155m A REFout ref V I R == 2.仿真电路设计选取上述元件参数,用Multisim 进行电路仿真,实际的仿真电路如下图所示:图(8)仿真电路设计用Multisim 仿真过程中铂电阻t R 选用分度表中每个温度对应的电阻值,用示波器进行观察波形,并记录电压信号。
3.仿真数据记录考虑到仿真精度与实际操作,本文选取Pt1000铂电阻分度表的部分数据进行仿R,进行仿真获得了63组真。
选取每隔5℃取一温度值,同时改变相应的铂电阻值t仿真数据如下表所示:表一:调理电路不同温度对应电压统计表4.图形绘制(1)电压电阻随温度的变化的曲线图:为进一步分析电压信号随温度的变化关系与铂电阻阻值随温度变化关系两者之间的联系,下面对上述实验数据进行线性拟合,来具体形象的分析上述结论。
运用Matlab对以上数据进行曲线拟合得到如下曲线图形:图(9)电压电阻随温度变化的函数从图(9)分析可知电压输出、铂电阻阻值随温度变化近似为线性关系。
为进一步分析两者之间的关系,将上面的曲线建立到一个坐标中若下图所示:图(10)不同电压电阻对应的曲线图由图(10)分析可知仿真曲线可知电压输出和铂电阻阻值随温度变化成较好的线性关系(2)电压变化量ΔU 、电阻变化量ΔR 随温度变化的曲线图:图(11)电压变化量ΔU 、电阻变化量ΔR 随温度变化的曲线图由图(11)分析可知电压变化量和电流变量近似为平行关系,由此可知函数关系式o U I R ∆=∆成立,实验仿真达到精度要求。
为量化分析电压和电阻与温度的关系,下面将具体分析一下电压和电阻与温度的函数关系。
5.线性函数拟合(1)电阻输出随温度变化的曲线线性拟合 General model: R(t) = a*t*t+b*t+cCoefficients (with 95% confidence bounds): a = -0.0005775 b = 3.908 c = 1000Goodness of fit:SSE: 3.877e-006 和方差、误差平方和 R-square: 1 确定系数由上述拟合结果可知电阻阻值函数是随温度变化的二阶函数,但是其二阶项系数a = -0.0005775相对于一阶系数b 和常数项c 较小,可近似为线性函数。
因此电阻变化随温度变化的函数为:() 3.9081000R t t =+Ω而其Pt1000铂电阻温度电阻特性是:从上述分析可知铂电阻并非为绝对的线性关系。
(2)电压输出随温度变化的曲线线性拟合 Linear model Poly1: U(t) = a*t+ bCoefficients (with 95% confidence bounds): a = 0.008065 b = 0.1003 Goodness of fit:SSE: 0.005333 和方差、误差平方和 R-square: 0.9998 确定系数由拟合结果可知:SSE=0.005333,其值越接近于0说明模型选择和拟合更好,数据预测也越成功。
R-square=0.9998,其实“确定系数”是通过数据的变化来表征一个拟合的好坏。