利用PT100鉑熱電阻與TL431自制可讀值溫度傳感器

1、無利用 PT100 鉑熱電阻與 TL431 自制可讀值溫度傳感器高二（高二（5）班）班彭健彭健蔣晟蔣晟何況何況白梓龍白梓龍指導(dǎo)老師：王健平指導(dǎo)老師：王健平一、問題的提出一、問題的提出電子化生活成為了一種趨勢(shì),更多的工具邁向電子化,.而生活中最常用的水銀溫度計(jì)在打破后其玻璃碎片和水銀能對(duì)人們?cè)斐蓚Φ奈ｋU(xiǎn),所以,我們提出了這樣一個(gè)設(shè)想:能不能制作出一種簡單實(shí)用的電子控制的溫度計(jì),為我們的日常生活提供更好的保障.目前可讀值溫度傳感器 （溫度計(jì)量系統(tǒng)） 已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、 農(nóng)業(yè)生活各個(gè)領(lǐng)域，而且有多種成型產(chǎn)品。但傳統(tǒng)產(chǎn)品為了注重其精度和適應(yīng)各種環(huán)境，如高溫、超低溫、高濕度、電磁場等環(huán)境，加載了很多

2、特殊防護(hù)進(jìn)行了特殊處理，使得產(chǎn)品造價(jià)昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，得不到普及。給技術(shù)人員尤其是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究帶來了困難。本文將結(jié)合實(shí)驗(yàn)嚴(yán)究和實(shí)際應(yīng)用于一身，自制一套價(jià)格低廉、量程大、精度高、原理簡單、操作方便、拓展范圍大的可讀值溫度傳感器。TL431 是 TL.ST 公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)。 其參數(shù)高 （高精度， 低溫漂） ，性價(jià)比高，他的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置從 2.5 伏到 36 伏范圍內(nèi)的任何值。近來在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹的測(cè)溫電路，利用可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431 和鉑電阻構(gòu)成工作電流可調(diào)的恒流源。流過鉑電阻的電流在極寬的阻值范圍內(nèi)保持恒定值，有效的提高了溫度測(cè)量

3、精度。二、二、 研究的目研究的目1、為了使人們生活更加便捷安全。2、減少水銀之類的有害物質(zhì)與人們接觸的機(jī)會(huì)。3、實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，有利于大批量生產(chǎn)。三、三、 應(yīng)用原理應(yīng)用原理我們打算用熱敏電阻作為探頭,電流表作為表盤,利用電阻隨溫度變化而變化電流的方法得知溫度數(shù)據(jù).探頭探頭 Pt100利用熱敏電阻 Pt100 隨溫度增加電阻值減小的性質(zhì)制作溫度計(jì)探頭具有靈敏度高、體積小、熱響應(yīng)快、缺點(diǎn)是非線性而且反應(yīng)時(shí)間比較慢. 鉑電阻測(cè)溫精度高，性能穩(wěn)定，互換性好，價(jià)格便宜，使用壽命長，測(cè)量范圍大，應(yīng)用十分廣泛。但一些測(cè)溫電路沒有采用恒流措施，使流過鉑電阻的電流隨其阻值變化而變化帶來了較大的測(cè)量誤差。Pt100

4、 傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測(cè)溫，其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為1：（1）-200t0時(shí)，RPt100=1001+At+Bt2+Ct3（t-100）無（2）0t850時(shí)，RPt100=100（1+At+Bt2） （2）式中，A=3.9080210-3；B=-5.8010-7；C=4.273510-12。Pt100 溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：-200+850；允許偏差值：A 級(jí)（0.150.002t） ， B 級(jí)（0.300.005t） ；熱響應(yīng)時(shí)間30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；允通電流5mA。另外，Pt100 溫度傳感器

5、還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。Pt100 在各溫度下對(duì)應(yīng)的阻值 （參考無錫市精信流量計(jì)公司資料）溫度0123456789（）電阻值（）3088.04 87.64 87.24 86.84 86.44 86.04 85.63 85.23 84.83 84.432092.04 91.64 91.24 90.84 90.44 90.04 89.64 89.24 88.84 88.441098.03 95.63 95.23 94.83 94.43 94.03 93.63 93.24 92.84 92.440100.00 99.60 99.21 98.81 98.41 98.01 97.

6、62 97.22 96.82 96.420100.00 100.40 100.79 101.19 101.59 101.98 102.38 102.78 103.17 103.5710103.96 104.36 104.75 105.15 105.54 105.94 106.33 106.73 107.12 107.5220107.91 108.31 108.70 109.10 109.49 109.88 110.28 110.67 111.07 111.4630111.85 112.25 112.64 113.03 113.43 113.82 114.21 114.60 115.00 115

7、.3940115.78 116.17 116.57 116.96 117.35 117.74 118.13 118.52 118.91 119.3150119.70 120.09 120.48 120.87 121.26 121.65 122.04 122.43 122.82 123.2160123.60 123.99 124.38 124.77 125.16 125.55 125.94 126.33 126.72 127.1070127.49 127.88 128.27 128.66 129.05 129.44 129.82 130.21 130.60 130.9980131.37 131.

8、76 132.15 132.54 132.92 133.31 133.70 134.08 134.47 134.8890135.24 135.63 136.02 136.40 136.79 137.17 137.56 137.94 138.32 138.72100139.10 139.49 139.87 140.26 140.64 141.02 141.41 141.79 142.18 142.66110142.95 143.33 143.71 144.10 144.48 144.86 145.25 145.63 146.01 146.40120146.78 147.16 147.55 147

9、.93 148.31 148.69 149.07 149.46 149.84 150.22130150.60 150.98 151.37 151.75 152.13 152.51 152.89 153.27 153.65 154.03140154.41 154.79 155.17 155.55 155.93 156.31 156.69 157.07 157.45 157.83150158.21 158.59 158.97 159.35 159.73 160.11 160.49 160.86 161.25 161.62160162.00 162.38 152.76 133.13 163.51 1

10、63.89 164.27 164.64 165.0 165.40170165.78 166.16 166.53 136.91 167.28 167.65 168.03 168.41 168.7 169.10180169.54 169.91 170.29 170.57 171.04 171.42 171.79 172.17 172.5 172.92190173.29 173.67 174.04 174.41 174.79 175.16 175.54 175.91 176.2 176.66200177.03 177.40 177.78 178.15 178.52 178.90 179.27 179

11、.64 180.0 180.39210180.76 181.13 181.51 131.88 182.25 182.62 182.99 183.36 183.7 184.11220184.48 184.85 185.22 135.59 185.96 186.33 185.70 187.07 187.4 187.81230188.18 188.55 188.92 139.29 189.66 190.03 190.40 190.77 191.1 191.51240191.88 192.24 192.61 132.98 193.35 193.72 194.09 194.45 194.8 195.19

12、250195.56 195.92 196.29 136.66 197.03 197.39 197.76 198.13 198.5 198.86無260199.23 199.50 199.90 200.33 200.69 201.06 201.42 201.79 202.1 202.52270202.89 203.25 203.62 203.98 204.35 204.71 205.08 205.44 205.8 206.11280206.53 206.90 207.26 207.63 207.99 208.35 208.72 209.08 209.4 209.81290210.17 210.5

13、3 210.89 211.26 211.62 211.98 212.34 212.71 213.0 213.43300213.79 214.15 214.51 214.88 215.24 215.60 215.96 216.32 216.6 217.04310217.40 217.76 218.12 218.49 218.85 219.21 219.57 219.93 220.2 220.64三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)器三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)器 TL431TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源.它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref(2.5V)到 36V 范圍內(nèi)的任何值.該器件的典型動(dòng)

14、態(tài)阻抗為 0.2 歐姆,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,數(shù)字電壓表,運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源,開關(guān)電源等等.如圖可以看到 VI 內(nèi)部是一個(gè) 2. 5V 的基準(zhǔn)源,接在運(yùn)放的反輸入端.由運(yùn)放的特性可知,只有當(dāng) REF 端(同相端)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)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但在分析應(yīng)用時(shí),可以近似看作該圖結(jié)構(gòu).電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)在整個(gè)電路中,R1 起限流作用 ,TL431 使 得AB 間的電壓值為 2

15、.5V,這樣調(diào)節(jié)R(3) 可 使 通 過PT100 的電流小至 這 10MA.123處這為T084中的其中三組電壓跟隨器,它們的閉環(huán)電 壓 放 大 倍 數(shù)A(VF)=1,即輸出電壓與輸入相等,無相位相同.3R(5)-R(10)為限流電阻.由于電壓跟隨器輸入電阻大,輸出電阻小,所以電壓、跟隨器后面的電路即可以按壓電壓進(jìn)行工作、改變，而不會(huì)影響到前面的電路部分。因?yàn)?PT100 能測(cè)得的最低溫度為-200 度，此時(shí) PT100 的阻值為 17.28 歐姆,這里為了切合實(shí)際需要我們以-50 度為最低溫度。此時(shí) PT100 的阻值為 80 歐姆。PT100 兩端電壓為 V=IR=0.01*80=0.8

16、 伏,所以要通過調(diào)節(jié) R(4)使 F 點(diǎn)電壓為 0.8 伏,因?yàn)橐ㄟ^安培表盤把溫度值顯示出來,所以必須進(jìn)行調(diào)零.這里我們把-50 度即 PT100 阻值為 80 歐姆時(shí)為零點(diǎn)。當(dāng) PT100 阻值為 80 歐姆時(shí)，兩端電壓為 V=RI=80*0.01=0.8 伏,為了使安培表讀值為零.這里利用 TL084 中的第四組電壓跟隨器制成一個(gè)減法器.其運(yùn)算過程如下:V(A)=0V(B)=2.5VV(C)=2.5V+V(PT100)V(M)=V(C)-V(B) =2.5V+V(PT100)-2.5V=V(PT100)(對(duì)地電壓)V(N)=0.8V(對(duì)地電壓)所以V(R)-V(F)=V(PT100)-0

17、.8這樣當(dāng)溫度為-50 度即 PT100 阻值為 80 歐姆時(shí)，在安培表的讀值為零。然后利用電位計(jì)模擬 PT100，對(duì)照 PT100 電阻分度表，調(diào)到相應(yīng)的阻值，在表盤記下相應(yīng)的溫度值即可，由于表盤的范圍有限，我用電阻對(duì)安培表進(jìn)行測(cè)量，這里我們分了兩個(gè)量程，-50 度600 度。R（15）和 R（16）就是對(duì)這兩個(gè)量程進(jìn)行擴(kuò)容的電阻，我用的安培表滿偏電流為 0.5MA,其擴(kuò)容過程如下:V(PT100)=R(PT100)*I(PT100)當(dāng)為-50 度100 度量程是，滿偏時(shí) PT100 的阻值為 R（PT100）=139.1 歐姆V(PT100)=139.1*0.01=1.391(伏)MN 兩

18、間電壓 V(MN)=V(PT100)-0.81=1.391-0.8=0.59(伏)安培表總阻值為:R=V/I=0.5a1/0.0005=1182(歐)電流表內(nèi)阻為:R(內(nèi))=700(歐)所以擴(kuò)容電阻 R(15)=1182-700=482(歐)同理當(dāng)為-50 度600 度量程時(shí)，滿偏時(shí) PT100 阻值為 317.06 歐V (PT100) = R(PT100)*I(PT100)= 317.06*0.01 = 3.1706(伏)V (MN) = V(PT100)-0.8 = 3.1706-0.8 = 2.3700(伏)安培表阻值為:R = V/I = 2.5106/0.5*10-3 = 4741.2(歐)五、五、 研究過程研究過程無1、精讀物理課本