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1、日期： 自 2014 年 6 月 9 日至 2014 年 6 月 20 日指导教师： 于祯 助理指导教师（并指出所负责的部分）：教研室： 自动化 教研室主任： 一、目的：了解Pt100热电阻电压转换方法及Pt100热电阻测温特性与应用。 二、基本原理：图141是铂热电阻的结构。在0500以内，它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro（1+At+Bt2），式中： Ro系温度为0时的电阻值（本实验的铂电阻Ro100）。A3.9684103，B5.8471072。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响（近距离可用二线制，导线电阻忽略不计）。实

2、际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示，如图142所示。图141铂热电阻的结构 图142热电阻信号转换原理图图中V=V1-V2；V1=R3/（R3+Rt）Vc；V2=R4/（R4+R1+RW1）Vc；V=V1-V2=R3/（R3+Rt）R4/（R4+R1+RW1）Vc；所以Vo=KV= KR3/（R3+Rt）R4/（R4+R1+RW1）Vc。式中Rt随温度的变化而变化，其它参数都是常量，所以放大器的输出Vo与温度（Rt）有一一对应关系，通过测量Vo可计算出Rt：Rt=R3K（R1+RW1）Vc-（R4+R1+RW1）VoKVcR4+（R

3、4+R1+RW1）Vo。Pt100热电阻适用于测量、控制600的温度。本实验由于受到温度源及安全上的限制，所做的实验温度值160。三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节024V电源、15V直流稳压电源、2V10V（步进可调）直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻二支（一支温度源控制用、另外一支温度特性实验）、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板（作为直流mV信号发生器）、4位数显万用表（自备）。温度传感器实验模板简介：图143中的温度传感器实验模板是由三运放组成的测量放大电路、传感器符号、传感器信号转换电路（电桥）及放大器工作电源引入插孔构成；其中RW1实验模板内部已

4、调试好（RW1+R1=100），面板上的RW1已无效不起作用；RW2为放大器的增益电位器；RW3为放大器电平移动（调零）电位器；传感器符号： 接热电偶（热电偶或热电偶）；双圈符号接AD590集成温度传感器；Rt接热电阻（Pt100铂电阻或Cu50铜电阻）。具体接线参照具体实验。四、实验步骤1、温度传感器实验模板放大器调零：按图143示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的RW2（增益电位器）顺时针转到底，再调节RW3（调零电位器）使主机箱的电压表显示为0（零位调好后RW3电位器旋钮位置不要改动）。关闭主机箱电源。图143温

5、度传感器实验模板放大器调零接线示意图2、调节温度传感器实验模板放大器的增益K为10倍： 利用压力传感器实验模板的零位偏移电压作为温度实验模板放大器的输入信号来确定温度实验模板放大器的增益K。按图144示意接线，检查接线无误后（尤其要注意实验模板的工作电源15V），合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的RW2（调零电位器），使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.020V（用主机箱电压表测量）；再将0.020V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器RW2（小心：不要误碰调零电位器RW3），使温度传感器实验模板放大器的输出电压为0.200V（增益

6、调好后RW2电位器旋钮位置不要改动）。关闭电源。图144 调节温度实验模板放大器增益K接线示意图3、用万用表200欧姆档测量并记录Pt100热电阻在室温时的电阻值（不要用手抓捏传感器测温端，放在桌面上），三根引线中同色线为热电阻的一端，异色线为热电阻的另一端（用万用表油量估计误差较大，按理应该用惠斯顿电桥测量，实验是为了理解掌握原理，误差稍大点无所谓，不影响实验）。4、Pt100热电阻测量室温时的输出：撤去压力传感器实验模板。将主机箱中的10V（步进可调）直流稳压电源调节到2V档；电压表量程切换开关打到2V档。再按图145示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关,待电压表显示不再上升处于稳定

7、值时记录室温时温度传感器实验模板放大器的输出电压Vo（电压表显示值）。图145 Pt100热电阻测量室温时接线示意图5、保留图145的接线同时将实验传感器Pt100铂热电阻插入温度源中，温度源的温度控制接线按图146示意接线。将主机箱上的转速调节旋钮（024V）顺时针转到底（24V），将调节器控制对象开关拨到Rt.Vi位置。检查接线无误后合上主机箱电源，再合上调节器电源开关和温度源电源开关，将温度源调节控制在40（调节器参数的设置及使用和温度源的使用实验方法参阅实验三十六），待电压表显示上升到平衡点时记录数据。6、温度源的温度在40的基础上，可按t=10（温度源在40160范围内）增加温度设定

8、温度源温度值，待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表14。图146 Pt100铂电阻测温特性实验接线示意图表14 Pt100热电阻测温实验数据 t（） 室温 40 45 160 Vo（V） Rt（） 7、表14中的Rt数据值根据Vo、Vc值计算： Rt=R3K（R1+RW1）Vc-（R4+R1+RW1）VoKVcR4+（R4+R1+RW1）Vo。式中：=10；R3=5000；R4=5000；R1+RW1=100；Vc =4V；Vo为测量值。将计算值填入表14中，画出t（）Rt（）实验曲线并计算其非线性误差。8、再根据以下附表1 的Pt100热电阻与温度的对应表（Pt100国际标

9、准分度值表）对照实验结果。最后将调节器实验温度设置到40，待温度源回到40左右后实验结束。关闭所有电源。五、思考题：实验误差有哪些因素造成？请验证一下：Rt计算公式中的R3、R4、R1+RW1（它们的阻值在不接线的情况下用4位数显万用表测量）、Vc用实际测量值代入计算是否会减小误差？附表1：Pt100 铂电阻分度表（tRt对应值） 分度号：Pt100 Ro=100 =0.003910 温度（） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电 阻 值 （） 100.00 100.40 100.79 101.19 101.59 101.98 102.38 102.78 103.17 103.57 10

10、103.96 104.36 104.75 105.15 105.54 105.94 106.33 106.73 107.12 107.52 20107.91 108.31 108.70 109.10 109.49 109.88 110.28 110.67 111.07 111.46 30111.85 112.25 112.64 113.03 113.43 113.82 114.21 114.60 115.00 115.39 40115.78 116.17 116.57 116.96 117.35 117.74 118.13 118.52 118.91 119.31 50119.70 120.0

11、9 120.48 120.87 121.26 121.65 122.04 122.43 122.82 123.21 60123.60 123.99 124.38 124.77 125.16 125.55 125.94 126.33 126.72 127.10 70127.49 127.88 128.27 128.66 129.05 129.44 129.82 130.21 130.60 130.99 80131.37 131.76 132.15 132.54 132.92 133.31 133.70 134.08 134.47 134.86 90135.24 135.63 136.02 136

12、.40 136.79 137.17 137.56 137.94 138.33 138.72 100139.10 139.49 139.87 140.26 140.64 141.02 141.41 141.79 142.18 142.66 110142.95 143.33 143.71 144.10 144.48 144.86 145.25 145.63 146.10 146.40 120146.78 147.16 147.55 147.93 148.31 148.69 149.07 149.46 149.84 150.22 130150.60 150.98 151.37 151.75 152.

13、13 152.51 152.89 153.27 153.65 154.03 140154.41 154.79 155.17 155.55 155.93 156.31 156.69 157.07 157.45 157.83 150158.21 158.59 158.97 159.35 159.73 160.11 160.49 160.86 161.24 161.62 160162.00 162.38 162.76 163.13 163.51 163.89 简易电子称0200g；2、测量精度1g；3、实时数码显示；4、调零、调满功能；1童家务电子称重系统受压力影响的解决方法探讨2010年 12期2

14、李秉荣自动称重系统的设计与实现 电子器件, 2010,（02） .3张宁称重模块在称重系统中的应用石油化工自动化2003,（06）4陈梓城实用电子电路设计与调试中国电力出版社20065曹薇单片机原理及应用 中国实力水电出版社 2004.8 于祯 自动化 教研室主任：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成

15、电压或电流变化信号输出。箔式应变片单臂电桥实验原理图 图11 应变片单臂电桥性能实验原理图图中R5、R6、R7为350固定电阻，R1为应变片； RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源4V。桥路输出电压Uo（14）（R4R4）E（14）（RR）E（14）KE 。差动放大器输出为Vo。主机箱中的10V（步进可调）直流稳压电源、15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4四、步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1（传感器的左下）、R2（传

16、感器的右下）、R3（传感器的右上）、R4（传感器的左上）为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。1、将托盘安装到传感器上，如图12所示。图12 传感器托盘安装示意图2、测量应变片的阻值：当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4的阻值。在传感器的托盘上放

17、置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：阻值变大，受压的应变片：阻值变小。）。图13测量应变片的阻值示意图3、实验模板中的差动放大器调零：按图14示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器RW3合适位置（先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈）后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。图14差动放在器调零接线示意图4、应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按图15示意图接线，将10V可调电源调节到4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码（尽量靠近托盘的中心点放置），读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。图15应变片单臂电桥实验接线示意图表1 应变片单臂电桥性能实验数据重量（g）电压（mV）5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度SV/W（V输出电压变化量，W重量变化量）和非线性误差，=m/yFS 100式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。