铂电阻数字温度计课程设计Word格式.docx

1、 - 0 T.J_1 A.X :LI I + LUCM1 er -4胖一 51- -Iff三、单元电路分析与设计R1-Jud 4Jr1.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 0630.74 C范围内

2、可用下式表示:FT=F0（1+A*T+B*TA2）在-2000 C的温度范围内为FT=F0（1+A*T+B*T2+C*（T-100 C ）卩3）式中：F0和FT分别为在0C和温度T时铂电阻的电阻值，A B、C为温度系B=-5.80195e-7A-2,C=-4.27350e-12 C 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400350o o o o o O1 o 5 o 5 o 53 2 2 11、线性化技术1.原理及线路（假设理想放大）V =（RO*VR）/（R O+RI）（VR-V 刀）/R 1=

3、-（VA-V 刀）/RTVA=-RT* （VR-V 刀）/R 1+VE =-（RT*V R）/R 1+（RO+R| ）*V 刀/R 1=-（RT*VR）/R1+（ （RT+R ）*R 0* VR）/（R 1*（RO+RI ）=（-RT*R O-RT*R+RT*FO+RO*R1）*VF/（R 1*（RO+RI）=（-RT+R O）*V F/（RO+RI）A-V 刀）/RTV=（VR-KA）*RO/（R O+RI）+KA=.=-（VVA=-RT* （VR-V刀）/R 1+VE =（RO-RT）*VRZ（R O+R1-K（R1+RT）令 F0=F2+R3*R4/ （ F3+F4） 校正系数K=F3/

4、（R3+F4）VA=（RO-RT）*VF/（R 0+RI-K（R1+RT）=（R2+R3 / R4-RT）/（R 2+（ R3 / R4）+ R1- R3*（ Rr+Rl）/（ R3+R4） 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、TM TH,相对应的铂电阻阻值 RT分别为RL RM RH

5、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v1VA（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）-经校正后的电压-温度曲线

6、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 、弋入式 ,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

7、金属膜电阻和通用型运放，输出 VT经模拟开关接3 1/2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）-502000.1 0.08-100 400 0.20-50600 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 3 1/2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。WFIGURE 2 KLTIOT TEST CIRCUIT ANID lYACAL APPLICATION WITH LED DISPLAY COMPONENTS

8、 SaECTCD FOR SOOnV FULL SCALELM324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330V,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OVcc。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，

9、“ 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LM3211引脚班能nwi功能电压（V）1 1输出1乳0 j8输岀33, 02反面输入1二叮反向输入32. 43正向輪人】 4 - ”7L1T n 1正向输入32, 81 电源匚；心畀ft 1一甘送111 it.：Lm地1正向辙入22.812正向输入12. 81 6反向输入21.0 13反向输入42. 271输出2 , 3. 014输岀43. 0Im324工作电压四、安装与调试1调试过程描述（一般分静态调试

10、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（VREF HI）、35脚（VREF LO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 212.02 Q,即对应温度为300 r，调节电位器W2使得数码管显示值为300;随后分别在0300C范围

11、内所对应的电阻值100Q212.02 Q之间选取适当数值（例如：114.8 Q、138.50 Q、165.87 Q、175.47 Q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mv100111.673029123.246058134.7090875146.061201146157.31150145168.46180173179.512102039190.4524023210201.2927026811212.02

12、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）、（TM VM、（TH VH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）、（TH VH两点计算可得出较为准确的结果，即使（TM VM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

13、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。