Pt100熱電阻測溫實驗報告

1、實驗一Pt100熱電阻測溫實驗報告一、實驗原理，利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化這一特性，熱電阻用于測量時.要求其材料電阻溫度系數(shù)大，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉗電阻測溫范圍在0-630.74C以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為Rr=Ro(l+At+Bt2)o其中Ro是溫度為0C時的電阻。本實驗Ro=100C,A=3.9684X10-2/C,B=5.847X10-7/C2,鉗電阻內(nèi)部引線方式有兩線制、三線制和四線制三種，本實驗是三線制連接，其中一端接二根引線主要為消除引線電阻對測量的影響。三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。二、實驗數(shù)據(jù)，表1Pt

2、lOO熱電阻測溫實驗數(shù)據(jù)T廠C50556065707580859095Vo/mv笫一組升溫0.001.132.283.214.255.326.066927.598.50降溫0.111.102.143.104.074.945866737.778.42笫二組升溫0.031.112.083.033.974.885916797.728.55降溫0.241.202.293.093.785.426.126987.708.37笫二組升溫0.111.252.303.284.185.116.016897.768.59降溫0.151.102.253.174.074.725966707.688.40三、數(shù)據(jù)處理,1

3、、壞值剔除當(dāng)測錯、讀錯、記錯以及實驗條件未達到預(yù)定要求而匆忙實驗等，都會引起粗大誤差，粗大誤差是一種顯然與實際值不符的誤差，含有粗大誤差的測量值稱為壞值或異常值，在處理數(shù)據(jù)時應(yīng)剔除掉。由于同一條件下測量次數(shù)并不多因此采用肖維勒準(zhǔn)則判定壞值。即當(dāng)實驗數(shù)據(jù)不滿足公式(%GnS)S占S(%+GnS)時，則該數(shù)據(jù)為壞值應(yīng)剔除掉。其中久為肖維勒準(zhǔn)則系數(shù)(當(dāng)11=6時Gn=1.73),S為樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，計算公式為血1-X)2耳=:J由表1實驗數(shù)據(jù)可計算岀各溫度下六次測量數(shù)據(jù)的平均值無，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計算出S即可求得粗大誤差范圍，如表2所示表2標(biāo)準(zhǔn)偏差及粗大誤差范圍T505560657075808590

4、95XI0.001.132.283.214.255.326.066.927.598.50X20.111.102.143.104.074.945.866.737.778.42X30.031.112.083.033.974.885.916.797.728.55X40.241.202.293.093.785.426.126.987.708.37X50.111.252.303.284.185.116.016.897.768.59X60.151.102.253.174.074.725.966.707.688.40X0.10671.14832.22333.14674.05335.06505.98676.8

5、3507.70338.4717Sx0.08590.06240.09140.09090.16550.26910.09630.111S0.06530.0884x-GnS-0.04201.04032.06532.98943.76704.59955.82016.64157.590083187x十GnS0.25541.25632.38143.30404.33965.53056.15327.02857.81638.6246由表2可看出所有實驗數(shù)據(jù)均滿足元-GSS兀S元+GS即所有數(shù)據(jù)都在粗大誤差范圍內(nèi)，無壞值岀現(xiàn)所以無需剔除任何數(shù)據(jù)。2、輸入一輸出特性曲線由表1實驗數(shù)據(jù)可畫出PtlOO熱電阻測溫模塊的輸入

6、輸出特性曲線，如圖1所示。圖1PtlOO測溫模塊輸出-輸入校準(zhǔn)曲線505560657075808590959.008.508.007.507.006.506.005.505.004.50Z4.003.503.002.502.001.501.000.500.00溫度廣CT-1正行程一11反行程一2正行程T-2反行程一3正行程T-3反行程由圖1可明顯看到在75C左右的電壓值相比其他溫度的浮動要大很多，但己計算得實驗數(shù)據(jù)中不存在粗大誤差，因此推測在75C下誤差較大的原因可能是由于PtlOO熱電阻實驗?zāi)K本身自帶的系統(tǒng)誤差。3、理論擬合直線與非線性誤差由表1可知校準(zhǔn)次數(shù)n=60設(shè)xi為自變量溫度，yi

7、為因變量電壓?？汕蟮?=1=4350601=160=268.44xiyi=21768.31=160矢21=1=54625己知n丫xiyi-xiyi=2nxi2()S%i2Syixiyi=2nxi2()可得k=0.186376,b=-9.03824因此最小二乘法的擬合直線方程為y=0.186376X一9.03824將各輸入值xi代入上式得到理論擬合直線的各點數(shù)值，如表3所示XI50556065707580859095刃0.28061.21242.14433.07624.00814.94005.871S6.S0377.73568.6675表3理論擬合直線的各點數(shù)值由表3數(shù)據(jù)可繪岀理論擬合直線，如圖

8、2所示T-理論擬合50556065707580859095溫度/C圖2理論擬合曲線圖9876543此時比較圖1和圖2各數(shù)值就可得到輸出輸入校準(zhǔn)值與理論擬合直線各相應(yīng)點數(shù)值之間的偏差并由此得岀最大偏差A(yù)max.再由表1數(shù)據(jù)可求得每組測量數(shù)據(jù)的滿量程輸岀Ffs，最后根據(jù)公式6L=100%yFs即可求得該傳感器六次測量數(shù)據(jù)的非線性誤差.如表4所示表4校準(zhǔn)值與理論擬合值的偏差組數(shù)Al23456f(50)-0.2806-0.1706-0.2506-0.0406-0.1706-0.1306f(55)-0.0824-0.1124-0.1024-0.01240.0376-0.1124f(60)0.1357-0

9、.0043-0.06430.14570.15570.1057f(65)0.13380.0238-0.04620.01380.20380.0938f(70)0.24190.0619-0.0381-0.22810.17190.0619f(75)0.38000.0000-0.06000.48000.1700-0.2200f(80)0.1882-0.01180.03820.24820.13820.0882f(85)0.1163-0.0737-0.01370.17630.0863-0.1037f(90)-0.14560.0344-0.0156-0.03560.0244-0.0556f(95)-0.167

10、5-0.2475-0.1175-0.2975-0.0775-0.2675Lmax0.3800-0.2475-0.25060.48000.2038-0.2675Yfs8.508.318.528.138.488.256L4.4706%29783%-2.9413%5.9041%2.4033%-3.2424%求六次測量線性度的平均值最終可得到該傳感器的線性度6L=3.6567%4、靜態(tài)靈敏度靈敏度表示傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化量Ay對輸入量變化量AX的比值，即：由公式可看出它就是輸岀一輸入特性曲線的斜率，在這里可用理論擬合直線的斜率代替，因此可得8.66750.28069550=0.186376

11、mv/C5、遲滯誤差遲滯指正反行程中輸出一輸入特性曲線的不重合程度，用最大輸出差值max與滿量程輸出yFs的百分比來表示，即H=100%2yFs由表1實驗數(shù)據(jù)可求得三組正反行程差，其最大值即為每次測量的最大輸111fhlAHinax己知yFSi=&50.yFS2=852,yp53=8.48由此可求得二次測量數(shù)據(jù)的遲滯誤差6H如表5所示表5正返程差與遲滯誤差溫度12350-0.11-0.21-0.04550.03-0.090.15600.14-0.210.05650.11-0.060.11700.180.190.1175038-0.540.39800.2-0.210.05850.19-0.190

12、.1990-0.180.020.08950.080.180.19Amax038-0.540.39oH2.2353%-3.1690%2.2995%求三組數(shù)據(jù)遲滯誤差的平均值最終可得到該傳感器的遲滯誤差8H=2.5680%6、重復(fù)性誤差重復(fù)性是指傳感器的輸入在按同一方向變化時在全量程內(nèi)連續(xù)進行重復(fù)測試時所得到的各特性曲線的重復(fù)程度。一般采用輸出最大重復(fù)性偏差max與滿量程的百分比來表示重復(fù)性指標(biāo)，即6R=j-100%yps由表1實驗數(shù)據(jù)分別求正反行程時同一輸入量下三次測量的輸岀量的偏差A(yù)Rp和ARy其最大值為最大同向行程差A(yù)Rrnaxl和zXRmax2,如表6所示表6同向行程差正行程反行程組1組2

13、組3R組1組2組3R0.000.030.110.110.110.240.150.131.131.111.250.141.101.201.100.102.282.082.300.222.142.292.250.153.213.033.280.253.103.093.170.084.253.974.180.284.073.784.070.295.324.885.110.444.945.424.720.706.065.916.010.155.866.125.960.266.926.796.890.136.736.986.700.287.597.727.760.177.777.707.680.098.

14、508.558.590.098.428.378.400.05Rmaxl0.44Rmax20.70由表6可知ARinaxl和ARinax2其中較大的值即為最大重復(fù)性偏差A(yù)max因此Amax=0.70.又己知歹殆=8.59,再根據(jù)公式可求得重復(fù)性誤差6R：0.708R=X100%=8.15%8.59四、實驗總結(jié)通過本次實驗，對PtlOO熱電阻傳感器的優(yōu)缺點有了直觀的了解。就性能而言，主要特點是測溫精度高、性能穩(wěn)定可靠，而且靈敏度較高、響應(yīng)速度快，但測溫范圍太小，只有0100乜；從傳感器的特性曲線可看到其輸出信號與溫度變量之間的函數(shù)關(guān)系近似線性，使實驗數(shù)據(jù)的處理更加方便，也大大簡化了傳感器的理論分析

15、和設(shè)計計算。就結(jié)構(gòu)而言，鉗熱電阻的測溫范圍廣(260600乜)、精度及靈敏度均較好.體積小而且易于提純、復(fù)制性好，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫、溫度基準(zhǔn)，但鉗金屬價格昂貴、容易破損；內(nèi)部引線端采用三線制連接減小了引線電阻對測量的影響.抗干擾性較強；外部保護套管使其抗震性能好、機械強度高、耐高溫耐腐蝕。五、思考題8如何根據(jù)測溫范圍和精度要求選用熱電阻？目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻傳感器材料有鉗熱電阻和銅熱電阻。其中鉗熱電阻的測量精確度比銅電阻高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小；而銅熱電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度系數(shù)比鉗電阻大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。中國最常用的鉗電阻有鞏10、PtlOO、PtlOOO.銅電阻有Cu50、CulOO,其中PtlOO和Cu50應(yīng)用最廣。那么如何根據(jù)傳感器的測溫范圍和精度要求選用相應(yīng)的熱電阻材料？由于