利用PT100鉑熱電阻與TL431自制可讀值溫度傳感器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上利用PT100鉑熱電阻與TL431自制可讀值溫度傳感器專心-專注-專業(yè)利用PT100鉑熱電阻與TL431自制可讀值溫度傳感器高二（5）班 彭健 蔣晟 何況 白梓龍 指導老師：王健平一、問題的提出電子化生活成為了一種趨勢,更多的工具邁向電子化,.而生活中最常用的水銀溫度計在打破后其玻璃碎片和水銀能對人們造成傷害的危險,所以,我們提出了這樣一個設(shè)想:能不能制作出一種簡單實用的電子控制的溫度計,為我們的日常生活提供更好的保障. 目前可讀值溫度傳感器（溫度計量系統(tǒng)）已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生活各個領(lǐng)域，而且有多種成型產(chǎn)品。但傳統(tǒng)產(chǎn)品為了注重其精度和適應(yīng)各種環(huán)境，如高溫、超低溫

2、、高濕度、電磁場等環(huán)境，加載了很多特殊防護進行了特殊處理，使得產(chǎn)品造價昂貴、結(jié)構(gòu)復雜，得不到普及。給技術(shù)人員尤其是學生進行實驗，研究帶來了困難。本文將結(jié)合實驗嚴究和實際應(yīng)用于一身，自制一套價格低廉、量程大、精度高、原理簡單、操作方便、拓展范圍大的可讀值溫度傳感器。TL431是TL.ST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準。其參數(shù)高（高精度，低溫漂），性價比高，他的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設(shè)置從2.5伏到36伏范圍內(nèi)的任何值。近來在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹的測溫電路，利用可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431和鉑電阻構(gòu)成工作電流可調(diào)的恒流源。流過鉑電阻的電流在極寬的阻值范圍內(nèi)保持恒定值，有效的提高

3、了溫度測量精度。二、 研究的目 1、為了使人們生活更加便捷安全。 2、減少水銀之類的有害物質(zhì)與人們接觸的機會。 3、實現(xiàn)綠色環(huán)保，有利于大批量生產(chǎn)。三、 應(yīng)用原理我們打算用熱敏電阻作為探頭,電流表作為表盤,利用電阻隨溫度變化而變化電流的方法得知溫度數(shù)據(jù). 探頭Pt100利用熱敏電阻Pt100隨溫度增加電阻值減小的性質(zhì)制作溫度計探頭具有靈敏度高、體積小、熱響應(yīng)快、缺點是非線性而且反應(yīng)時間比較慢. 鉑電阻測溫精度高，性能穩(wěn)定，互換性好，價格便宜，使用壽命長，測量范圍大，應(yīng)用十分廣泛。但一些測溫電路沒有采用恒流措施，使流過鉑電阻的電流隨其阻值變化而變化帶來了較大的測量誤差。Pt100傳感器是利用鉑電

4、阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫，其溫度/阻值對應(yīng)關(guān)系為1：（1）-200<t<0時，RPt100=1001+At+Bt2+Ct3（t-100） （2）0t850時，RPt100=100（1+At+Bt2） （2）式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200+850；允許偏差值：A級±（0.150.002t）， B級±（0.300.005t）；熱響應(yīng)時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度

5、200mm；允通電流5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。Pt100在各溫度下對應(yīng)的阻值 （參考無錫市精信流量計公司資料）溫度0123456789（）電阻值（）3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8384.432092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.441098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.440100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.22

6、96.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.1

7、3118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8890135.24135.63136.02136.40136.791

8、37.17137.56137.94138.32138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.84150.22130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03140154.41154.79155.

9、17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83150158.21158.59158.97159.35159.73160.11160.49160.86161.25161.62160162.00162.38152.76133.13163.51163.89164.27164.64165.0165.40170165.78166.16166.53136.91167.28167.65168.03168.41168.7169.10180169.54169.91170.29170.57171.04171.42171.79172.17172.5172.92190173.

10、29173.67174.04174.41174.79175.16175.54175.91176.2176.66200177.03177.40177.78178.15178.52178.90179.27179.64180.0180.39210180.76181.13181.51131.88182.25182.62182.99183.36183.7184.11220184.48184.85185.22135.59185.96186.33185.70187.07187.4187.81230188.18188.55188.92139.29189.66190.03190.40190.77191.1191

11、.51240191.88192.24192.61132.98193.35193.72194.09194.45194.8195.19250195.56195.92196.29136.66197.03197.39197.76198.13198.5198.86260199.23199.50199.90200.33200.69201.06201.42201.79202.1202.52270202.89203.25203.62203.98204.35204.71205.08205.44205.8206.11280206.53206.90207.26207.63207.99208.35208.72209.

12、08209.4209.81290210.17210.53210.89211.26211.62211.98212.34212.71213.0213.43300213.79214.15214.51214.88215.24215.60215.96216.32216.6217.04310217.40217.76218.12218.49218.85219.21219.57219.93220.2220.64三端穩(wěn)壓基準器TL431TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源.它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值.該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2歐姆,在

13、很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,數(shù)字電壓表,運放電路、可調(diào)壓電源,開關(guān)電源等等.如圖可以看到VI內(nèi)部是一個2. 5V的基準源,接在運放的反輸入端.由運放的特性可知,只有當REF端(同相端)的電壓非常接近VI(2.5V)時三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但在分析應(yīng)用時,可以近似看作該圖結(jié)構(gòu). 電路結(jié)構(gòu)在整個電路中,R1起限流作用,TL431使得AB間的電壓值為2.5V,這樣調(diào)節(jié)R(3)可使通過PT100的電流小至這10MA.123處這

14、為T084中的其中三組電壓跟隨器,它們的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)A(VF)=1,即輸出電壓與輸入相等,相位相同.3R(5)-R(10)為限流電阻.由于電壓跟隨器輸入電阻大,輸出電阻小,所以電壓、跟隨器后面的電路即可以按壓電壓進行工作、改變，而不會影響到前面的電路部分。因為PT100能測得的最低溫度為-200度，此時PT100的阻值為17.28歐姆,這里為了切合實際需要我們以-50度為最低溫度。此時PT100的阻值為80歐姆。PT100兩端電壓為V=IR=0.01*80=0.8伏,所以要通過調(diào)節(jié)R(4)使F點電壓為0.8伏,因為要通過安培表盤把溫度值顯示出來,所以必須進行調(diào)零.這里我們把-50度即PT1

15、00阻值為80歐姆時為零點。當PT100阻值為80歐姆時，兩端電壓為V=RI=80*0.01=0.8伏,為了使安培表讀值為零.這里利用TL084中的第四組電壓跟隨器制成一個減法器.其運算過程如下: V(A)=0 V(B)=2.5V V(C)=2.5V+V(PT100) V(M)=V(C)-V(B) =2.5V+V(PT100)-2.5V =V(PT100)(對地電壓) V(N)=0.8V(對地電壓) 所以 V(R)-V(F)=V(PT100)-0.8 這樣當溫度為-50度即PT100阻值為80歐姆時，在安培表的讀值為零。然后利用電位計模擬PT100，對照PT100電阻分度表，調(diào)到相應(yīng)的阻值，在

16、表盤記下相應(yīng)的溫度值即可，由于表盤的范圍有限，我用電阻對安培表進行測量，這里我們分了兩個量程，-50度600度。R（15）和R（16）就是對這兩個量程進行擴容的電阻，我用的安培表滿偏電流為0.5MA,其擴容過程如下:V(PT100)=R(PT100)*I(PT100)當為-50度100度量程是，滿偏時PT100的阻值為R（PT100）=139.1歐姆 V(PT100)=139.1*0.01=1.391(伏) MN兩間電壓V(MN)=V(PT100)-0.81=1.391-0.8=0.59(伏) 安培表總阻值為:R=V/I=0.5a1/0.0005=1182(歐) 電流表內(nèi)阻為:R(內(nèi))=700(歐) 所以擴容電阻R(15)=1182-700=482(歐) 同理當為-50度600度量程時，滿偏時PT100阻值為317.06歐 V (PT100) = R(PT100)*I(PT100) = 317.06*0.01 = 3.1706(伏) V (MN) = V(PT100)-0.8 = 3.1706-0.8 = 2.3700(伏) 安培表阻值為: R = V/I = 2.5106/0.5*10-3 = 4741.2(歐)五、 研究過程1、精讀物理課本，找出有關(guān)資料.2、