自动检测技术实验

实验24PT100铂热电阻测温实验一、实验原理1．铂热电阻工作原理铂热电阻元件作为一种温度传感器，其工作原理是在温度作用下，铂电阻丝的电阻值随着温度的变化而变化。温度和电阻的关系接近于线性关系，偏差极小且随着时间的增长，偏差可以忽略，具有可靠性好、热响应时间短等优点，且电气性能稳定。铂热电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。铂热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装绕制好的铂热电阻丝脱胎线圈制成感温元件，由于感温元件可以做得相当小，因此它可以制成各种微型温度传感器探头。可用于-200～+420℃范围内的温度。2.PT100设计参数PT100铂电阻A级在0℃时的电阻值R0=100±0.06Ω；B级R0=100±0.12Ω，PT100铂热电阻各种温度对应阻值见分度表23-1。PT100R允许通过的最大测量电流为5mA，由此产生的温升不大于0.3℃。设计时PT100上通过电流不能大于5mA。表23-10℃以下PT100铂热电阻分度表表23-20℃以上PT100铂热电阻分度表（实验用）二、实验目的1.通过自行设计热电阻测温实验方案，加深对温度传感器工作原理的理解。2.掌握测量温度的电路设计和误差分析方法。三、实验内容1．设计PT100铂热电阻测温实验电路方案；2．测量PT100的温度与电压关系，要求测温范围为：室温～65℃；温度测量精度：±2℃；输出电压0~4V，输出以电压V方式记录。3．通过测量值进行误差分析。四、实验设备1、PT100铂热电阻；2．检测技术通用实验板或面包板；3．CSY10A型传感器系统实验仪（带有加热器可供使用）；4．双路直流稳压电源；5．数字万用表。五、实验方案设计及步骤1、完成系统方案设计（信号输入及放大）①本次实验的设计思路为：把PT100的温度变化通过其电阻信号变现出来，但由于其电阻值变化很小，故而实验中会采用电桥电路将电阻至的变化转化为电压信号，然后使用差动放大器将输出电压进行放大且可有效抑制干扰，而且还具有抑制零漂的作用。通过电位器实现电桥的输出调零，使用两级放大可以获得较大增益。由PT100铂热电阻阻值随温度分布可以看出，其阻值随温度成线性变化，且每个测量点间的阻值变化很小（温度每变化2℃，阻值约变化0.78Ω），且PT100R允许通过的最大测量电流为5mA。②测量电路及参数设计图1电桥电路考虑实验室提供的元件，选择电压电源E=12V，R3选用1KΩ的电位器，R1=R2=5kΩ（可以采用两个10kΩ的电阻并联）,则通过PT100的最大电流为12V/5kΩ=2.4mA，即符合要求。③放大电路设计图2电压放大电路放大器采用LM324，供电电压为-12V和+12V。测量范围从室温到65℃，每温升2℃时对应阻值变化为0.78Ω，估算电压变化为：△U=(0.78/5000)*12V=1.875mV。而由于每测量点的输出电压变化不超过0.2V，故|AV|200/1.8=111。而Av=-R10/R8(1+2*R6/R5)，故取R10=R8=10kΩ,R6=R7=51kΩ,R5=1kΩ,此时|AV|=103，符合实验要求。2、测取PT100温度传感器的有关数据（电压、温度变化量等）；计算非线性误差按照设计方案连接电路，事先用万用表估测PT100的电阻，再粗调R3电位器，接通电源后，细调节R3使输出电压V0≈0，记下此时室温，升高Pt电阻温度，每升高2℃记下一组电压V直到65℃。绘制测温曲线，计算灵敏度，线性度并分析实验误差。附：运放LM324的引脚及内部电路图3LM324的引脚图