温度传感器Word文件下载.docx
《温度传感器Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度传感器Word文件下载.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器的组成部分。
常见的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。
2、热电阻的工作原理
导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。
纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：
①电阻温度系数要大而且稳定，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在测温范围内化学物理特性稳定。
四、PT100的原理
1、pt100的基本结构：
pt100是电阻式温度传感器的一种，电阻式温度传感器是一种物质材料做成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。
大部分电阻式温度传感器是以金属做成的,其中以铂（Pt）做成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质、相当线性,最受工业界采用。
PT100温度传感器是一种以铂（Pt）做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：
R=Ro（1+αT）
其中α=0.00392,Ro为100Ω（在0℃的电阻值）,T为摄氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。
R=100（1+0.00392T）
R-100=0.392T
T=（R-100）/0.392
T=2.551（R-100）
2、pt100的分度值：
铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R（℃）的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃.10欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能明显优于100欧姆的铂热电阻，只要用于650℃以上的温区；
100欧姆铂热电阻主要用于650℃以下的温区，虽也可用于650℃以上温区，但在650℃以上温区不允许有A级误差。
100欧姆铂热电阻的的分辨率比10欧姆铂热电阻的分辨率大10倍，对二次仪表的要求相应地一个数量级，因此在650℃以下温区测温应尽量选用100欧姆铂热电阻。
3、pt100的结构：
本文虽然用现成的pt100，但我们仍然有必要看看其结构。
就结构而言，铂热电阻还可以分为工业铂热电阻和铠装铂热电阻。
工业铂热电阻也叫装配铂热电阻，即是将铂热电阻感温元件焊上引线组装在一端封闭的金属管或陶瓷管内，再安装上接线盒而成；
铠装铂热电阻是将铂热电阻元件，过渡引线，绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉实的整体，具有坚实，抗震，可绕，线径小，使用安装方便等优点。
4、pt100的性能
PT100，电阻温度系数为3.9×
10－3／℃，0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。
铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。
按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（R0=100Ω）、Pt1000（R0=1000Ω）为统一设计型铂电阻。
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30时,0℃时的最大温度漂移为0.02℃。
五、电路设计
1、采样电路设计
采用3线制连接:
采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2=10kΩ，VR2为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号,由此差压信号转换为温度。
热电阻通过电阻相同的三根导线和电桥连接其中两条线分别接在相邻的两臂内，当温度变化是，只要它们的温度系数相同，它们电阻的变化就不会影响电桥的状态。
VR2
Pt100
R2
R1
图一惠斯顿电桥
2、放大电路设计
放大器的选择好坏对提高测量精度也十分关键，根据查阅的相关资料，在放大器电路精选中，一般在首级放大器有低噪声、低输入偏置电流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三运放结构，如下图2-3所示，三运放中由A1、A2构成前级对称的同相、反相输入放大器，后级为差动放大器，在这个结构图中，要保证放大器高的性能，参数的对称性与一致性显得尤为重要，不仅包括外围的电阻元件R1与R2、R3与R4、R5与R6，还包括A1与A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器对器件要求相当高。
随着微电子技术的发展，市场上出现了专用的高性能的仪用放大器，它的内部核心结构还是三运放，但是，采用微电子来解决刚才的参数匹配问题已不是什么复杂的问题。
图二三运放结构的高性能放大器原理图
该放大器的特点为，差动输入，单端输出。
电压增益可由一个电阻RG来确定,且增益连续可调,并有效地解决了后级负载对地连接的问题。
Al、A2组成了同相高输入阻抗的差动输入，差动输出,并承担了全部的增益放大任务。
由于电路结构对称，增益改变时,输入阻抗不变。
反馈电阻R1=R2=10k，放大器A1、A2的共增益、失调、漂移等误差均得到了相互补偿．后级A3的增益为1，具有较高的共模抑制比和抗干扰能。
3、模拟仿真电路
如图所示，5Ω的电阻是导线电阻，12v电源是电桥电源。
放大倍数主要由2Ω的电阻决定。
连接三个5Ω电阻的100Ω电阻为pt100，另一个100Ω电阻为高精度电阻和pt100在0℃的阻值相同。
桥路上的另两个电阻选取较大电阻10kΩ，是为了使流过pt100的电流较小，否则电流较大，pt100将自生产生热量，是实际温度改变，导致测量不准确。
这样，通过电桥产生的小电压，通过放大电桥后转化为可用电压。
继而温度的变化影响电阻的变化，电阻的变化导致电压变化。
由电压的变化可求得温度的变化，故达到热电阻测温的效果。
图三模拟仿真电路
六、数据库的建立
数据库的设计对应的温度对于pt100会造成固定阻值变化，一个固定的温度对应一个阻值。
一个固定的阻值对应一个固定的输出电压，该表中的电压是由已知电阻通过仿真电路所得。
由于本电路可测得温度范围较广，测量数据较多，所以每隔10℃或者5℃对其电压进行测量。
对于出现在每10℃中间的电压数据，可通过线性得到。
温度℃
电阻Ω
电压v
-200
18.49
-1.061
-25
90.19
-0.127
-190
22.80
-1.005
-20
92.16
-0.101
-180
27.08
-0.948
-15
94.12
-0.076
-170
31.32
-0.892
-10
96.09
-0.051
-160
35.53
-0.838
-5
98.04
-0.025
-150
39.71
-0.783
100.00
0.000
-140
43.87
-0.728
5
101.95
0.005
-130
48.00
-0.675
10
103.90
0.050
-120
52.11
-0,621
15
105.85
0.075
-110
56.19
-0.568
20
107.79
0.100
-100
60.25
-0.515
25
109.73
0.125
-90
64.30
-0.463
30
111.67
0.150
-80
68.33
-0.410
35
113.61
0.175
-70
72.33
-0.358
40
115.54
0.200
-60
76.33
-0.306
45
117.47
0.225
-50
80.31
-0.255
50
119.40
0.250
-45
82.29
-0.229
60
123.24
0.299
-40
84.27
-0.203
70
127.07
0.349
-35
86.25
-0.178
80
130.89
0.398
-30
88.22
-0.152
90
134.70
0.446
100
138.50
0.495
300
212.02
1.430
110
142.29
0.544
310
215.57
1.475
120
146.06
0.592
320
219.12
1.520
130
149.82
0.640
330
222.65
1.564
140
153.58
0.688
340
226.17
1.609
150
157.31
0.736
350
229.67
1.653
160
161.04
0.783
360
233.17
1.697
170
164.04
0.822
370
236.65
1.741
180
168.46
0.878
380
240.13
1.784
190
172.16
0.925
390
243.59
1.828
200
175.84
0.972
400
247.04
1.871
210
179.51
1.019
410
250.48
1.914
220
183.17
1.065
420
253.90
1.957
230
186.82
1.111
430
257.32
2.000
240
190.45
1.157
440
260.72
2.042
250
194.07
1.203
450
264.11
2.085
260
197.69
1.249
460
267.49
2.127
270
201.29
1.295
470
270.86
2.169
280
204.88
1.340
480
274.22
2.211
290
208.45
1.385
490
277.56
2.253
500
280.90
2.294
表：
温度，电阻，电压对应表
对应的温度对于pt100会造成固定阻值变化，一个固定的温度对应一个阻值。
七、参数及计算
1测量范围：
-200—500℃
2输出电压：
-2.0—3.0v
3差分电路放大倍数：
K=（（2+2*10）/2）/（10/10）=11
4灵敏度：
△Uo=△U1*K
△U1=[（100+△R）/（10000+100+△R）-100/（10000+100）]E
△Uo/△R=0.012v/Ω
八、热电阻温控器接线
PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C（或黑、红、黄）来代表三根线,三根线之间有如下规律：
A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右,B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别.仪表上接传感器的固定端子有三个：
A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上的另外两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得接上，。
如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相同。
热电阻的3线和4线接法：
是采用2线、3线、4线，主要由使（选）用的二次仪表来决定。
一般显示仪表提供三线接法，PT100一端出一颗线，另一端出两颗线，都接仪表，仪表内部通过桥抵消导线电阻。
一般PLC为四线，每端出两颗线，两颗接PLC输出恒流源，PLC通过另两颗测量PT100上的电压，也是为了抵消导线电阻，四线精确度最高，三线也可以，两线最低，具体用法要考虑精度要求和成本。
接线图
九、温度传感器主要品牌及价格
近年来，我国工业现代化的进程和电子信息产业连续的高速增长，带动了传感器市场的快速上升。
温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。
温度传感器主要品牌有西门子、江森、霍尼韦尔、天康等。
型号
接线
价格
西门子
QAE2174.010
两线
777（上海集灵）
980（上海持承）
QAE2174.015
两线
833（上海集灵）
1150（上海持承）
接线
江森
TE-631AM-1/WZ-1000-5
279（暖通批发）网上
230（上海顺鸣）
TE-632AM-1/WZ-1000-5
314（暖通批发）网上
273（上海顺鸣）
霍
尼
韦
尔
VF20T
300（上海郑蝶）网上
251（上海顺鸣）
天康
WZPJ-230T=270
225（天康）
WZPJ-230T=230
219
WZPJ-230T=200
十、检定装置及法律法规
温度传感器检定规程：
1、《JJG229-2010工业铂、铜热电阻检定规程》
2、《JJG833-2007标准组铂铑10-铂热电偶检定规程》
3、《JJG141-2000工作用贵金属热电偶检定规程》
4、《JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程》
5、《JJG368-2000工作用铜-铜镍热电偶检定规程》
温度传感器检定标准技术及指标：
1、测量准确度：
0.01级;
分辨率0.1uV和0.1mΩ；
2、扫描开关寄生电势：
≤0.4μV；
3、温度范围：
水槽：
（室温+5~95）℃油
温度传感器（图9）槽：
（95~300）℃低温恒温槽：
（-80~100）℃高温炉：
（300~1200）℃；
4、控温稳定度：
优于0.01℃/10min（油槽、水槽、低温恒温槽）;
0.2℃/min（管式检定炉）；
5、总不确定度：
热电偶检定，测量不确定度优于0.7℃，重复性误差<
0.25℃;
热电阻检定测量不确定度优于50mk，重复性误差<
10mk；
6、检定数量：
一次可同时检热电偶（1-8）支，一次可同时检同线制热电阻（1-7）支；
7、工作电源：
AC220V±
10%，50Hz，并有良好保护接地；
8、高温炉功率：
约2KW；
9、恒温槽功率：
10、微机测控系统功率：
<
500。
温度传感器检定装置功能和特点：
1、检定K、E、J、N、B、S、R、T等多种型号的工作用热电偶；
2、检定Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各种工作用热电阻，
玻璃液体温度计、压力式温度计、双金属温度计；
3、多路低电势自动转换开关，寄生电势≤0.4μV；
4、控制1-4台高温炉；
5、温场测试：
可进行检定炉、油槽、水槽、低温恒温槽的温场测试；
6、线制转换：
可进行二线制、三线制、四线制电阻检定；
7、软件具有比对实验、重复性实验、温场实验等相关实验功能；
8、在Windows2000/XP以上平台，全中文界面，标准Windows操作系统，方便快捷。
可实现：
1）设备自检、查线；
2）屏幕显示并保存控温曲线≤0.4μV；
3）检测数据自动采集；
4）自动生成符合要求的检定记录；
5）自动保存检定结果，且不可人工更改；
6）查询各种热电偶、热电阻分度表及其它帮助；
7）热电偶、热电阻所有历史检定数据、控温曲线查询统计及计量的智能化管理功能
十一、挑选方法
如果要进行可靠的温度测量，首先就需要选择正确的温度仪表，也就是温度传感器。
其中热电偶、热敏电阻、铂电阻（RTD）和温度IC都是测试中最常用的温度传感器。
以下是对热电偶和热敏电阻两种温度仪表的特点介绍。
1、热电偶
热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。
其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，
而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。
热电偶由在一端连接的两条不同金属线（金属A和金属B）构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。
可用测量的电势差来计算温度。
不过，电压和温度间是非线性关系，温度由于电压和温度是非线性关系，因此需要为参考温度（Tref）作第二次测量，并利用测试设备软件或硬件在仪器内部处理电压-温度变换，以最终获得热偶温度（Tx）。
Agilent34970A和34980A数据采集器均有内置的测量了运算能力。
简而言之，热电偶是最简单和最通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。
2、热敏电阻
热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。
但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。
制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。
热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。
但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度，有较好的精度，但它比热偶贵，可测温度范围也小于热偶。
一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。
注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的0.05℃误差。
它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。
尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。
热敏电阻还有其自身的测量技巧。
热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。
不过也因此很不结实，大电流会造成自热。
由于热敏电阻是一种电阻性器件，任何电流源都会在其上因功率而造成发热。
功率等于电流平方与电阻的积。
因此要使用小的电流源。
如果热敏电阻暴露在高热中，将导致永久性的损坏。
十二、选用注意
1、被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送；
2、测温范围的大小和精度要求；
3、测温元件大小是否适当；
4、在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求；
5、被测对象的环境条件对测温元件是否有损害；
6、价格如保，使用是否方便。
十三、安装使用
温度传感器在安装和使用时，应当注意以下事项方可保证最佳测量效果：
1、安装不当引入的误差
如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉
升级会员 