铂电阻数字温度计课程设计Word格式.docx

铂电阻数字温度计课程设计Word格式.docx

《铂电阻数字温度计课程设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铂电阻数字温度计课程设计Word格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

•-0^

—T

■

.J_1A..

X:

L—■

II■

■+LUCM

1

•…er■-

-4胖一

51--

Iff

三、单元电路分析与设计

R1

-Jud£

4

Jr

1.铂电阻PT100温度传感器

导体的电阻值随温度变化而变化，通过测量其电阻值推算出被测环境的温

度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器。

能够用于制作热电阻的金

属材料必须具备以下特性：

（1）电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度

之间应具有良好的线性关系；

（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；

（3）材料

的复现性和工艺性好，价格低；

（4）在测量范围内物理和化学性质稳定，目前,在工业中应用最广的材料是铂和铜。

铂电阻与温度之间的关系，在0〜630.74C范围内可用下式表示:

FT=F0（1+A*T+B*TA2）

在-200〜0C的温度范围内为

FT=F0[（1+A*T+B*T^2+C*（T-100C）卩3）]

式中：

F0和FT分别为在0C和温度T时铂电阻的电阻值，AB、C为温度系

B=-5.80195e-7A-2,C=-4.27350e-12C八-4。

铂电阻广泛应用于-200〜850C范围内的温度测量，工业中通常在600C以下。

铂电阻随温度变化曲线:

PT個温度电阻ffl线

400

350

oooooO1o5o5o5

32211

、线性化技术

1.原理及线路

（假设理想放大）

V=（RO*VR）/（RO+RI）

（VR-V刀）/R1=-（VA-V刀）/RT

VA=-RT*（VR-V刀）/R1+VE=-（RT*VR）/R1+（RO+R|）*V刀/R1

=-（RT*VR）/R1+（（RT+R）*R0*VR）/（R1*（RO+RI））

=（-RT*RO-RT*R+RT*FO+RO*R1）*VF/（R1*（RO+RI））

=（-RT+RO）*VF/（RO+RI）

<

1>

A-V刀）/RT

V=（VR-KA）*RO/（RO+RI）+KA=.....=-（V

VA=-RT*（VR-V刀）/R1+VE=（RO-RT）*VRZ（RO+R1-K（R1+RT））

令F0=F2+R3*R4/（F3+F4）校正系数K=F3/（R3+F4）

③

VA=（RO-RT）*VF/（R0+RI-K（R1+RT））

=（R2+R3//R4-RT）/（R2+（R3//R4）+R1-R3*（Rr+Rl）/（R3+R4））<

2>

线性化电路如上图所示。

图中VR是参考电压源，RT是铂热电阻温度传感器,

电路的输出电压VA与VT的关系如式＜2＞当RT=R0寸，VT=0参考源VR采用负值时，VT随RT的增加而增加。

在式＜2＞中选择适当的校正系数K,可改善温度与铂热电阻值之间的二次非线性关系。

2.K的求法

K值采用三点零误差法求取，首先把测温区分为三等分，所得三个温度点有低

至高TL、TMTH,相对应的铂电阻阻值RT分别为RLRMRH线性化电路的输

出分别为VA（L）、VA（M）、VA（H）。

故有相对应的线性化电路三点输出值也需在同一条直线上（即非线性误差为零）。

即VA（H）-VA（M）=VA（M）-VA（L）

2*VA（M）=VA（H）+VA（L）

将线性化电路的输出表达式v1>

VA（RT,K）代入上式得

2*VR（R0-RM）/（R0+R1-K（R1+RM））=VR*（R0-RH）/（R0+R1-K（R1+RH））+VR*（R0-RL）/（R0+R1-K（R1+RL））

约去VR求得K.

K=（R0+R1）*（2*RM-RH-RL）/（RM*RL+RM*RH-2*RL*RH+R1*（2*RM-RH-RL））----<

6>

经校正后的电压-温度曲线VT=f（T）的形状如右下图仿真所示，其最大误差发生在量程的约20%处，最大正误差发生在量程的约80%处。

在量程的起点TL、中

点TM终点TH的误差均为零。

在600r量程范围内，最大误差的理论计算值小于0.05%。

三、弓I线电阻消除技术铂热电阻是以其电阻变化来反映温度变化的，如从传感器连接到仪表的引线过

长，弓I线电阻将带来测量误差。

消除引线电阻的影响的电路如下图所示。

将式<

7>

、<

8>

弋入式<

10>

得V0=-RT*Vi/R1

式＜10＞表明，在理想情况下，弓I线电阻RL的影响已被完全消除。

实际的情况则

要考虑电阻的容差和右侧运放的失调影响。

消除引线电阻影响的铂电阻线性化电路如下图所示。

采用误差为1%的金属

膜电阻和通用型运放，输出VT经模拟开关接31/2位模数转换器ICL7107,其

最大误差如下表所示:

量程范围（°

C）

分辨率（C）

最大误差（％满量程）

-50〜200

0.1

±

0.08

-100〜400

0.20

-50〜600

0.30

四、ICL7107显示数控电路的应用

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。

它包含31/2位数字A/D转换器，可

直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。

•W

FIGURE2KLTIOTTESTCIRCUITANIDlYACALAPPLICATIONWITHLEDDISPLAYCOMPONENTSSaECTCDFORSOOnVFULLSCALE

LM324引脚图资料与电路应用:

LM324引脚图资料与电路应用LM324资料：

LM324为四运放集成电路，

采用14脚双列直插塑料封装。

，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。

电路功耗很小，Im324工作电压范围宽，可用正电源3〜30V,或正负双电源±

1.5V〜±

15V工作。

它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O〜Vcc。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。

每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”

为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；

Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相

原理图》

LM321

1引脚

班能

nwi

功能

电压（V）

11

输出1

乳0j

8

输岀3

3,0

2

反面输入1

二叮

"

反向输入3

2.4

3

正向輪人】

—4-—”~7L1

Tn1

正向输入3

2,8

1电源匚；

「心畀ft1一甘送』

>

111it'

.：

Lm地

1正向辙入2

2.8

12

正向输入1

2.8

16

反向输入2

1.0「

13

反向输入4

2.2

7

1输出2「

3.0

14

输岀4」

3.0

《Im324工作电压》

四、安装与调试

1调试过程描述（一般分静态调试与动态调试两大内容）

根据电路原理和相关电路图选择好各元器件并焊接好整块电路板后，连接电

源，通过电阻箱，进行整机调试。

首先进行静态调试，由先前做好的±

5V直流稳定电压源对整机上电。

＜1＞、调A/D转换器基准电压：

调节电位器W3并用万用表200mv档测量

ICL7107的36脚（VREFHI）、35脚（VREFLO基准电压,使得其基准电压为

VREF=100mvv2＞、调温度计零位（RT=R）:

再把电阻箱打到100Q档，调节电

位器W1使得数码管显示值为00.0。

其次进行动态调试，将电阻箱调到212.02Q,即对应温度为300r，调节电

位器W2使得数码管显示值为300;

随后分别在0〜300C范围内所对应的电阻

值100Q〜212.02Q之间选取适当数值（例如：

114.8Q、138.50Q、165.87Q、

175.47Q等）进行调试，对照PT100铂热电阻分度表观察显示温度值与电阻值是

否相对应，如对应一致，则调试成功，否则要检查相应电路找出毛病并修改后继

续进行调试至成功。

2、仿真结果与实测数据进行对照:

序号

RT电阻值Q

对照表温度值r

数码管显示值mv

100

111.67

30

29

123.24

60

58

134.70

90

87

5

146.06

120

114

6

157.31

150

145

168.46

180

173

179.51

210

203

9

190.45

240

232

10

201.29

270

268

11

212.02

300

五、结论与心得

本次课程设计在前期原理分析与仿真过程遇到很多的问题，花费了较多时间

在不断地摸索中寻找到了答案，例如，由（TL、VL）、（TMVM、（THVH三点

求得直线时斜率计算精确度不够导致曲线不够准确，因为取点位数一定时，三点

当精确到0.0001之后有稍偏离同一直线的倾向，所以按（TL、VL）、（THVH

两点计算可得出较为准确的结果，即使（TMVM只是左右偏离，也会在同一水

平线上。

在焊接过程中，器件选择时由于实验室电阻盒子上标称值不太清楚，开始焊

接前也未用万用表重新量过，导致误把4.7K当作47K电阻来用，随后其余的均通过万用表测量进行选择，焊接过程较快。

之后进行整机调试，基准电压和零位调整较快，在调温度测量选择时，0C

调节好后，300C数码管显示正常，但是在中间点150C的时候的误差值较大。

开始时以为分压电阻选错，进行了调节并更换了电阻和电位器，还是不成功；

后来通过仿真，发现理论电路计算无错误出现，拿万用表测VT端电压，显示也正

确；

之后确定送显示部分有问题存在，电路中粗测了各选择电容和电阻器件，也

都没有错误，估计原因是电路中存在的误差。

在整个课程设计过程中，从每一个细节入手，一点点积累，一步步理解攻破,

从中既将学到的知识应用到了具体实践当中，又增加了自己的实践操作和查错排错能力。

得出一个道理：

努力的过程需要坚持，缺少每一步都不可能将目标完整

的实现；

实践的过程需要细心，只有细致效率才更高，才能将每个步骤完美的完

^成。