傳感器電路非線性特性的線性化-cms建站流程

1、溫度傳感器的溫度系數(shù)測量【目的要求】1了解溫度傳感器的溫度特性；2了解溫度傳感器電路的靜態(tài)特性；3學習測量溫度傳感器電路的輸出輸入特性，并測定鉑電阻（熱敏電阻）的溫度系數(shù)?！緦嶒瀮x器 】鉑電阻（熱敏電阻） ，溫度傳感器，數(shù)字萬用表(3 位半 )，溫度計，保溫杯，導線?！緦嶒炘?】傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 通過傳感器將溫度、 壓力、 濕度等非電學量轉(zhuǎn)換為電壓等電學量進行檢測， 作為現(xiàn)代信息技術的基礎一傳感器技術越來越廣泛地應用在非電學量測量和智能檢測、自動控制系統(tǒng)中。使用電阻型傳感器時(如：溫度、壓力等)，經(jīng)常用到

2、非平衡電橋電路， 本實驗用非平衡電橋和鉑電阻溫度傳感器組成測溫電路，測量此電路的輸出輸入特性，并測定鉑電阻的溫度系數(shù)。1鉑電阻溫度傳感器的溫度特性當溫度變化時， 導體或半導體的電阻值隨溫度而變化，這稱為熱電阻效應。根據(jù)電阻與溫度的對應關系， 通過測量電阻值的變化可以檢測溫度的改變， 由此可制成熱電阻溫度傳感器一般將金屬材料的電阻溫度傳感器稱作熱電阻；半導體材料的則稱作熱敏電阻。通常金屬材料的電阻值隨溫度升高而增大 這是因為溫度越高， 晶格振動越劇烈， 從而使電子和晶格的相互作用越強， 因此金屬熱電阻一般具有正溫度系數(shù) 常用的熱電阻材料有銅和鉑。工業(yè)用鉑熱電阻 (Ptl0、Pt100、Pt100

3、0)廣泛用來測量一 200850 范圍的溫度在少數(shù)情況下，低溫可測至一 272 (1 K) ，高溫可測至 1000 標準鉑電阻溫度計的準確度最高，可作為國際溫標中 961. 78 以下內(nèi)插用標準溫度計。它具有準確度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。工業(yè)鉑熱電阻溫度特性如下：在 -2000 時，RTR0 1ATBT 2C(T100C)T 3 .(1)在 0850 時，RR (1 AT BT2).(2)T0在(1) 式和 (2) 式中， RT 為溫度 T 時的鉑電阻阻值， R0 為 0時的鉑電阻阻值，式中系數(shù)為A=3 . 9083 × 10-3 -1，B= 5. 775× 10-7

4、 -1，C= 4. 183× 10-12-1在 200850 時 ,B 級工業(yè)鉑熱電阻有關技術參數(shù)如下：測溫度允許偏差/ ：±（ 0. 30+0. 005T）；電阻比 W100（R100/R 0）：1.385 ±0.001 。當 T 0 時， R0100 ； T 100時， R100 138.5 。在 0 100范圍內(nèi) (2) 式可近似為1RT R0 (1 A1T ),（ 3）式中 A1 為正溫度系數(shù)，約3.85 ×10-3-1 。使用鉑電阻測溫時， 可根據(jù)需要將其封裝成不同形狀的溫度傳感器。 實驗用鉑電阻封裝在不銹鋼管中，位于前端約 1cm處。使用注意

5、事項請參見附錄。2傳感器電路非線性特性的線性化當傳感器的輸入量處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出輸入特性稱為靜態(tài)特性。靜態(tài)特性包括：線性度、靈敏度、分辨率、閾值、遲滯和重復性，這里僅介紹前三項。使用傳感器進行非電量測量時，總希望被測物理量和輸出電學量之間滿足線性關系。然而實際中，兩個物理量之間嚴格滿足線性關系的情況并不多見。有(2)式可知，鉑電阻阻值和溫度并非嚴格滿足線性關系。通常采取一些措施， 使傳感器輸出輸入線性在一定范圍內(nèi)、一定條件下得以改善，這稱作傳感器非線性特性的線性化，在傳感器應用中這是十分重要的問題。改善傳感器輸出輸入特性的方法很多，大多是在電路上增加線性校正環(huán)節(jié)。在傳感器非線性特性不

6、十分突出時，常采用直線擬合的方法使其“線性化”。取定擬合直線的方法不止一種，其中精度最高的是最小二乘法擬合。本實驗正是采用了這種方法。測量傳感器電路的輸出輸入特性，以確定其對應關系，通常稱作標定（或校正）。在使用傳感器時，這是重要的實驗步驟。本實驗標定的方法如下：首先在測溫范圍下限（如T0）測量鉑電阻阻值，然后在調(diào)整并測出溫度范圍上限（如T 100）的鉑電阻阻值；然后在測溫范圍之內(nèi)，取若干點進行線性校正，即改變溫度，測量鉑電阻阻值R 和 T；再將數(shù)據(jù)進行線性擬合，即可確定R 和 T 的對應關系，由擬合直線的斜率即可求出鉑電阻的溫度系數(shù) A。經(jīng)過標定之后，以后測量時根據(jù)R 即可知道待測溫度。若結(jié)

7、合橫流源可以將得到的鉑電阻兩端的電壓作為前級信號送到運算放大器放大，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器可以制成數(shù)字溫度計；也可以構(gòu)成智能檢測和控制系統(tǒng)，將R 和 T 的擬合關系寫入微處理器，使輸出輸入非線性得到改善。需要注意的是： 標定時檢測儀表的精度應高于被測對象。本實驗只是學習測量方法。另外，由于鉑電阻阻值和溫度的對應數(shù)值查表可得，也可以根據(jù)RT 的關系進行校準。3傳感器檢測電路的靈敏度和分辨率靈敏度： 線性傳感器的校準線的斜率就是靜態(tài)靈敏度，他說傳感器的輸出量變化 （ y）y和輸入量變化（x）之比，即 K =。x對于非線性傳感器，其靈敏度可以用擬合直線的斜率表示。在實驗中，如果RT 擬合直線斜率 K

8、3.10 /， 其含義為： 當溫度變化 1時，R 3.10 。對于非線性特別明顯的傳感器，其靈敏度可以用dy/dx 來表示，顯然它是 x 的函數(shù)。傳感器電路的靈敏度與傳感器本身的靈敏度、檢測儀表以及檢測電路的有關參數(shù)有關，例如實驗中電壓的大小、檢測 R 的歐姆表的靈敏度等。 與平衡電橋類似， 過分強調(diào)靈敏度高不一定是必要的。 需要注意的是電橋靈敏度是否能夠滿足測量精度的要求，以及電路中元件、儀表精度是否匹配。分辨率： 當傳感器的輸入從非零的任意值緩慢增加，只有在超過某一輸入增量后輸出才有變化， 這個輸入增量稱為傳感器的分辨率。分辨率說明了傳感器的最小可測量出的輸入變量。2【實驗內(nèi)容 】1 觀察

9、鉑電阻的溫度特性用萬用表測量 Pt1000 鉑電阻溫度傳感器在室溫下的阻值；再用手握住傳感器，觀察阻值變化并記錄觀察結(jié)果。2 測量鉑電阻的R T 關系，并求出鉑電阻的溫度系數(shù)將鉑電阻和溫度計一同插入裝有沸水的保溫杯中，測量溫度范圍上限時的T和 R，然后當溫度每下降5時測量一下溫度T 和電阻R 直至室溫（測量數(shù)據(jù)不少于20組），實驗中溫度計應不斷攪拌使水溫均勻。3 擬合后的 R T 曲線測量人體溫度，并和溫度計測量的結(jié)果進行比較用測量得到的 R T 數(shù)據(jù)進行直線擬合。 然后用手握住鉑電阻， 當讀數(shù)穩(wěn)定后記錄 R，并從 R T 圖上讀出對應的溫度 T ，然后用手握住溫度計，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄溫度RT

10、T，與 TR進行比較計算百分差?！緮?shù)據(jù)處理 】表格一：室溫條件下鉑電阻的阻值：（ ）手握住鉑電阻時鉑電阻的阻值：（ ）表格二：溫度 T （）051015202530354045電阻 R（ ）溫度 T （）505560707580859095100電阻 R（ ）擬合 RT 直線表格三：鉑電阻測量人體溫度時阻值查 R T 圖得到的人體溫度溫度計測出的人體溫度TTR（ ）TR（）（）TRTT百分差100%TT273【思考題】1 實驗中哪些因素會影響實驗結(jié)果？如何盡量消除這些因素的影響？3厚膜鉑電阻元件特性：1、線性：鉑的材料特性，電阻值對溫度的變化幾乎是線性，此特性使得客戶能精確地依據(jù)事先定義的曲線

11、，計算待測物溫度，并設計其應用電路。也正是此特性，元件具有可互換性的卓越特色。2、廣泛的溫度測量范圍： 由于鉑的特性穩(wěn)定， 不會因高低溫而引起物理或化學變化。視其所選用的封裝材料而定，厚膜鉑電阻感溫元件在 -200 +600寬范圍內(nèi)擁有長期穩(wěn)定性好的特點。3、高精確度：運用鉑漿料生產(chǎn)的厚膜鉑電阻其精確度可達± 0.06 ，符合 IEC-751 的國際 A 級標準要求。4、高可靠性：即使經(jīng)長期使用，厚膜鉑電阻仍然十分穩(wěn)定。元件在高性能測試時，溫度 600條件下 250 小時后，電阻變化 <0.02 。能滿足軍事、科研、工業(yè)生產(chǎn)等重要領域的精密測溫要求。5、極佳的性能價格比：厚膜鉑電阻能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，而且投資少、工藝流程簡捷、原