熱電阻的測量電路及應(yīng)用(實(shí)驗(yàn)用)1

1、熱電阻的測量電路及應(yīng)用熱電阻的測量電路及應(yīng)用一、熱電阻：一、熱電阻：n熱電阻的測溫原理：熱電阻的測溫原理： 基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。n熱電阻大都由純金屬材料制成，目前用得最熱電阻大都由純金屬材料制成，目前用得最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用銦、多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用銦、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 n在各類工業(yè)測溫的場合中，熱電阻是中低溫在各類工業(yè)測溫的場合中，熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器區(qū)最常用的一種溫度傳感器: : 鉑熱電阻的測溫的范

2、圍：一般為零下鉑熱電阻的測溫的范圍：一般為零下200-200-800800攝氏度。攝氏度。 銅熱電阻的測溫的范圍：一般為零下銅熱電阻的測溫的范圍：一般為零下4040到到140140攝氏度。攝氏度。n其中的鉑熱電阻以其精度高、性能穩(wěn)定、互其中的鉑熱電阻以其精度高、性能穩(wěn)定、互換性好、耐腐蝕及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為工換性好、耐腐蝕及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)測控系統(tǒng)中廣泛使用的一種溫度傳感器。業(yè)測控系統(tǒng)中廣泛使用的一種溫度傳感器。金屬鉑在氧化性介質(zhì)中，金屬鉑在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫環(huán)境下，它的甚至在高溫環(huán)境下，它的物理特性和化學(xué)性能十分物理特性和化學(xué)性能十分穩(wěn)定，因此它不僅廣泛應(yīng)穩(wěn)定，因此它不僅廣泛

3、應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且還被用于工業(yè)測溫，而且還被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計供計制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計供計量和校準(zhǔn)使用。量和校準(zhǔn)使用。缺點(diǎn)：在還原性介質(zhì)中，缺點(diǎn)：在還原性介質(zhì)中，特別在高溫下，易被污染特別在高溫下，易被污染而變脆，稍有振動就會斷而變脆，稍有振動就會斷裂。裂。鉑熱電阻結(jié)構(gòu)鉑熱電阻結(jié)構(gòu): :電阻體電阻體, ,引引線線, ,保護(hù)套管保護(hù)套管性能參數(shù)：性能參數(shù)：1 1、鉑電阻、鉑電阻元件元件的的溫度溫度-電阻特性：電阻特性： 0t850 -200t0 式中：式中：R RT T-溫度為溫度為TT的的電阻值電阻值 R R0 0-溫度為溫度為00的電阻值的電阻值 t -t -任意溫度值任意溫度值 A A、B

4、 B、C C為分度系數(shù)為分度系數(shù) A=A= B= B= C= C= n00的鉑熱電阻的阻值十分重要的鉑熱電阻的阻值十分重要, ,它與材質(zhì)純它與材質(zhì)純度和制造工藝有關(guān)度和制造工藝有關(guān), ,另一個對測溫有直接作用另一個對測溫有直接作用的因素是電阻溫度系數(shù)的因素是電阻溫度系數(shù): :即溫度每變化即溫度每變化11時時電阻值的相對變化量電阻值的相對變化量, ,電阻溫度系數(shù)本身也隨電阻溫度系數(shù)本身也隨溫度變化而變化。溫度變化而變化。2 2、鉑熱電阻分度表：、鉑熱電阻分度表： 不同材質(zhì)的鉑熱電阻，電阻溫度系數(shù)不不同材質(zhì)的鉑熱電阻，電阻溫度系數(shù)不同。為便于比較，常選用共同的溫度范圍同。為便于比較，常選用共同的溫

5、度范圍0 0 - 100 - 100 內(nèi)阻值變化的倍數(shù)來進(jìn)行比較。內(nèi)阻值變化的倍數(shù)來進(jìn)行比較。這個值相當(dāng)于這個值相當(dāng)于0 - 1000 - 100范圍內(nèi)平均電阻范圍內(nèi)平均電阻值的值的100100倍，此值越大表示鉑熱電阻越靈敏。倍，此值越大表示鉑熱電阻越靈敏。 常用的鉑熱電阻有常用的鉑熱電阻有PT100PT100，PT1000PT1000等，按等，按IEC751IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)，其表征的含義是：國際標(biāo)準(zhǔn)，其表征的含義是： Pt100Pt100（R0=100R0=100）、）、Pt1000Pt1000（R0=1000R0=1000） n下表為下表為PT100PT100在在0 - 199 0 -

6、 199 范圍內(nèi)的分范圍內(nèi)的分度表：可以看出鉑熱電阻在度表：可以看出鉑熱電阻在0 - 200 0 - 200 的溫度范圍內(nèi)，具有良好的溫度的溫度范圍內(nèi)，具有良好的溫度- -電阻特性，電阻特性，近似線性關(guān)系，因此通常計算時可采用近似近似線性關(guān)系，因此通常計算時可采用近似公式。公式。二、測量電路：二、測量電路： 工業(yè)上，廣泛工業(yè)上，廣泛應(yīng)用鉑熱電阻作為應(yīng)用鉑熱電阻作為 -200 - 800-200 - 800范圍的溫度測量。范圍的溫度測量。n優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高, ,穩(wěn)穩(wěn)定性強(qiáng)定性強(qiáng), ,互換性以及互換性以及準(zhǔn)確性都比較好準(zhǔn)確性都比較好, ,也也可以遠(yuǎn)傳電信號可以遠(yuǎn)傳電信號n缺點(diǎn)：熱慣性大

7、，缺點(diǎn)：熱慣性大，需要外加電源激勵需要外加電源激勵, ,不能夠瞬時測量溫不能夠瞬時測量溫度的變化。度的變化。 n鉑熱電阻測溫的常規(guī)方法是將鉑熱電阻接到鉑熱電阻測溫的常規(guī)方法是將鉑熱電阻接到電橋的一個橋臂上，通過測量不平衡電橋的電橋的一個橋臂上，通過測量不平衡電橋的輸出得到溫度值。輸出得到溫度值。n電橋構(gòu)建注意的問題：電橋地與電源地不能電橋構(gòu)建注意的問題：電橋地與電源地不能共地；電源必須是恒壓源，不允許有電壓波共地；電源必須是恒壓源，不允許有電壓波動，因此不能直接與外界的地相連動，因此不能直接與外界的地相連n參數(shù)的考慮：兼顧（鉑熱電阻）熱慣性和參數(shù)的考慮：兼顧（鉑熱電阻）熱慣性和（輸出電壓）靈敏

8、度；（輸出電壓）靈敏度；a a、電流大小的考慮、電流大小的考慮 b b、電源電壓的選擇、電源電壓的選擇 c c、標(biāo)稱阻值的選擇、標(biāo)稱阻值的選擇 d d、調(diào)零電位器、調(diào)零電位器R9R9材質(zhì)的選擇（線繞電阻，康材質(zhì)的選擇（線繞電阻，康銅）銅）n缺點(diǎn)：在這種方法中，鉑熱電阻的非線性和缺點(diǎn)：在這種方法中，鉑熱電阻的非線性和不平衡電橋的非線性，會給測量帶來誤差。不平衡電橋的非線性，會給測量帶來誤差。而且，鉑熱電阻作為溫度傳感器使用時，必而且，鉑熱電阻作為溫度傳感器使用時，必須把它放在測溫現(xiàn)場，從測溫點(diǎn)到測量變換須把它放在測溫現(xiàn)場，從測溫點(diǎn)到測量變換電路之間的布線長度少則幾米，多則幾十米電路之間的布線長度

9、少則幾米，多則幾十米甚至上百米，這樣長的連接導(dǎo)線，即使不計甚至上百米，這樣長的連接導(dǎo)線，即使不計熱噪電阻，它自身的引線電阻也是相當(dāng)可觀熱噪電阻，它自身的引線電阻也是相當(dāng)可觀的，必然會對測量精度帶來較大影響。的，必然會對測量精度帶來較大影響。n引線電阻的解決方案：鉑熱電阻引線電阻的解決方案：鉑熱電阻三線制接法三線制接法三線制接法：三線制接法： 要求引出的三根導(dǎo)線要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測截面積和長度均相同，測量鉑電阻的電路一般是不量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，線一根接到電橋的電源

10、端，其余兩根分別接到鉑電阻其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上。當(dāng)橋路平衡時，橋臂上。當(dāng)橋路平衡時，通過計算可知：通過計算可知： Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r n當(dāng)當(dāng)R1=R2R1=R2時，導(dǎo)線電阻的變化對測量結(jié)果沒有時，導(dǎo)線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。的測量誤差。n注意注意: :前提前提 1)1)必須為等臂電橋必須為等臂電橋 2)2)并且在電橋平衡狀態(tài)下并且在電橋平衡狀態(tài)下 公式成立。公式成立。 否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的

11、影響，但盡管否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但盡管如此，采用三線制仍可大大減小導(dǎo)線電阻帶如此，采用三線制仍可大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。法。 三、應(yīng)用電路：三、應(yīng)用電路：電路主要由兩部分構(gòu)成：測溫電橋、放大電路電路主要由兩部分構(gòu)成：測溫電橋、放大電路R4510+5-4182711U0107650IC37650R6510R7510R94.7KR12150R5510C50.1uC60.1uC710uVCC-VCCC30.1uC40.1uR110kR210kR0200PT100C20.1uC122uPT100VCC1 1、工作原

12、理：、工作原理：2 2、放大倍數(shù)計算：、放大倍數(shù)計算：A A、根據(jù)運(yùn)放放大特性：、根據(jù)運(yùn)放放大特性： -式式1.1根據(jù)運(yùn)放虛斷路有根據(jù)運(yùn)放虛斷路有: =0 -式式1.2)(0iiuuKU111130RURRUiIi 由式由式2.52.5得得: :于是有：于是有： K K為運(yùn)算放大器的倍數(shù)，一般為為運(yùn)算放大器的倍數(shù)，一般為 ，所以式所以式2.82.8可化簡為：可化簡為： -式式1.3-式式1.4 101086UURRRi0113110011311UURRRKUiUUUiKRRRRRRRKRRRK311111133111101130)()(UUUiiRRRRR)1()(113111130 從上面的計算可以知道從上面的計算可以知道76507650的放大倍數(shù)由的放大倍數(shù)由R3R3和和R11R11的比值確定。的比值確定。 3 3、調(diào)試方