自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)熱電阻Pt100測(cè)溫電路設(shè)計(jì)

1、吉林建工學(xué)院城建學(xué)院電氣信息工程系自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)目 錄第一章 前言11.1溫度傳感器的定義11.2 溫度傳感器的組成11.3溫度傳感器的原理21.4溫度傳感器的作用21.5溫度傳感器的分類3第二章 部分原件及電路介紹52.1 熱電阻52.1.1 熱電阻的組成結(jié)構(gòu)52.1.2 工作原理52.1.3 信號(hào)接線52.2 熱電阻pt100介紹6第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及參數(shù)103.1溫度測(cè)量103.1.1 溫度與溫標(biāo)103.1.2 溫度測(cè)量的主要方法103.2 熱電阻pt100測(cè)溫電路調(diào)試體會(huì)11致謝14參考文獻(xiàn)15第一章 前言1.1溫度傳感器的定義溫度傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量(溫度)并按照

2、一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。 溫度傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、pn結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)

3、律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。1.2 溫度傳感器的組成 溫度傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于溫度傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。其中，敏感元件是指能夠靈敏地感受被測(cè)變量并做出響應(yīng)的元件，是傳感器中能直接感受被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分。常見的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路

4、有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。1.3溫度傳感器的原理溫度傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是溫度效應(yīng)，。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。溫度化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位

5、差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在540微伏之間。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料

6、的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過程。1.4溫度傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到納米的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到毫秒的瞬間反應(yīng)。此外，還

7、出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。 傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。1.5溫度傳感器的分類 溫度傳感器是各種傳感

8、器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器(rtd)和ic溫度傳感器。ic溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。 溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)

9、、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量120k以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉取５蜏販囟扔?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量1.6300k范圍內(nèi)的溫度。 非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這

10、種儀表可用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見輻射高溫計(jì)）和比色法（見比色溫度計(jì)）。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來測(cè)量或控制某些物體的表面

11、溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)：式中為材料表面發(fā)射率，為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔

12、的方法。通過計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。 非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒有限制。對(duì)于1800以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。第二章 部分原件及電路介紹2.1 熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。2.1.1 熱電

13、阻的組成結(jié)構(gòu)金屬熱電阻的感溫元件有石英套管十字骨架結(jié)構(gòu)，麻花骨架結(jié)構(gòu)得桿式結(jié)構(gòu)等。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵鎳、鎢、銀等。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。其中骨架用陶瓷，引線采用鉑鈀合金。2.1.2 工作原理熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。2.1.3 信號(hào)接線熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻

14、值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。目前熱電阻的引線主要有三種方式：二線制，三線制，四線制三線制要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測(cè)量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時(shí)，通過計(jì)算可知，rt=r1r3/r2+r1r/r2-r,當(dāng)r1=r2時(shí)，導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差，但是必須為全等

15、臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但分析可見，采用三線制會(huì)大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。四線制是當(dāng)測(cè)量電阻數(shù)值很小時(shí)，測(cè)試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測(cè)量用兩條附加測(cè)試線提供恒定電流，另兩條測(cè)試線測(cè)量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測(cè)量未知電阻上的壓降，通過計(jì)算得出電阻值。由于本實(shí)驗(yàn)用到的是二線制的接法：二線制是在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合2

16、.2 熱電阻pt100介紹 pt100是鉑熱電阻，正溫度系數(shù),它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。pt后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)pt100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長的。都是用高純度鉑做電阻導(dǎo)體，具有非常好的線性、高溫穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性。在-200-+650度高精度測(cè)溫范圍應(yīng)用廣泛。金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸?。浑娮柚惦S溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長期復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫下，易受還原

17、性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。 利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器有pt100，電阻溫度系數(shù)為3.9103，0時(shí)電阻值為100，電阻變化率為0.3851/。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 按iec751國際標(biāo)準(zhǔn)， 溫度系數(shù)tcr=0.003851，pt100（r0=100）、pt1000（r0=1000）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。下圖為其曲線圖表和分度表。鉑電阻傳感器有良好的長期穩(wěn)

18、定性,典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：在400時(shí)持續(xù)30時(shí),0時(shí)的最大溫度漂移為0.02。圖1 pt 100電阻的rt曲線圖表表1 pt100分度表2.3 放大電路和穩(wěn)壓電路 圖2 放大電路 圖3 穩(wěn)壓電路lm324系列器件為帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端

19、，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大,如lm324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100db，既10萬倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（v+），就是低電平（v-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。tl431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極管90

20、13等相同。圖4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)tl431的具體功能可以用圖4的功能模塊示意。由圖可以看到，vi是一個(gè)內(nèi)部的2.5v的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)ref端（同向端）的電壓非常接近vi（2.5v）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)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(dāng)然，該圖絕不是tl431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及參數(shù)3.1溫度測(cè)量3.1.1 溫度與溫標(biāo) 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常重要的參數(shù)。 物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)。許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的, 需要測(cè)量溫度

21、和控制溫度。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 對(duì)溫度的測(cè)量越來越普遍, 而且對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度也有更高的要求。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度不能直接加以測(cè)量, 只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換, 以及物體的某些物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性間接測(cè)量。 為了定量地描述溫度的高低, 必須建立溫度標(biāo)尺, 即溫標(biāo)。 溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示。各種溫度計(jì)和溫度傳感器的溫度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。歷史上提出過多種溫標(biāo), 如早期的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)）, 理論上的熱力學(xué)溫標(biāo), 當(dāng)前世界通用的國際溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)確定的溫度數(shù)值為熱力學(xué)溫度（符號(hào)為t）, 單位為開爾文（符號(hào)為k）, 1 k等于水三相點(diǎn)熱

22、力學(xué)溫度的。 熱力學(xué)溫度是國際上公認(rèn)的最基本溫度, 國際溫標(biāo)最終以它為準(zhǔn)而不斷完善。我國目前實(shí)行的是1990年國際溫標(biāo)（its-90）, 它同時(shí)定義國際開爾文溫度（符號(hào)its-90）和國際攝氏溫度（t90）, t90和t90之間的關(guān)系為在實(shí)際應(yīng)用中, 一般直接用t和t代替t90和t90。 3.1.2 溫度測(cè)量的主要方法 (1) 溫度傳感器的組成在工程中無論是簡(jiǎn)單的還是復(fù)雜的測(cè)溫傳感器, 就測(cè)量系統(tǒng)的功能而言, 通常由現(xiàn)場(chǎng)的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成, 如圖 11 - 1 所示。簡(jiǎn)單的溫度傳感器往往是溫度傳感器和顯示組成一體的, 一般在現(xiàn)場(chǎng)使用。 (2) 溫度測(cè)量方法及分類測(cè)量方法按感

23、溫元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸, 可以分成接觸式與非接觸式兩大類。 接觸式測(cè)溫方法是使溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸, 當(dāng)被測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí), 溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象的溫度相等。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工作可靠，精度高，穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有: 基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度傳感器，基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的電阻式溫度傳感器， 基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度傳感器。 非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān), 并且以電磁波形式向四周輻射, 當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí), 便可測(cè)得被測(cè)對(duì)

24、象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯示的各種信號(hào), 實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。非接觸式溫度傳感器理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和在溫度范圍上的限制, 可測(cè)高溫、 腐蝕、 有毒、 運(yùn)動(dòng)物體及固體、 液體表面的溫度, 不干擾被測(cè)溫度場(chǎng), 但精度較低, 使用不太方便。 3.2 熱電阻pt100測(cè)溫電路調(diào)試體會(huì) 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測(cè)量中。pt100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在

25、-50600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來后存入eeprom中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的ad值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。常用的pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將pt100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。其中

26、圖1為三線制橋式測(cè)溫電路，圖2為兩線制橋式測(cè)溫電路，圖3為恒流源式測(cè)溫電路。下面分別對(duì)橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。測(cè)溫原理：電路采用tl431和電位器vr1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096v的參考電源；采用r1、r2、vr2、pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中r1r2，vr2為100精密電阻），當(dāng)pt100的電阻值和vr2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mv級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放lm324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連ad轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中r3r4、 r5r6、放大倍數(shù)r5/r3，運(yùn)放采用單一5v供電。設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)： (1) 同幅度調(diào)整r1和r2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大??； (2) 改變r(jià)5/r3的比值即可改變電壓信號(hào)的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計(jì)者對(duì)溫度范圍的要求(3)放大電路必須接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作（以前就有個(gè)豬頭特別提醒說只有接成正反饋才