校研究性学习-研究性学习—电子温度计的制作论文

1利用PT100铂热电阻与TL431自制可读值温度传感器高二（5）班彭健蒋晟何况白梓龙指导老师：王健平一、问题的提出电子化生活成为了一种趋势,更多的工具迈向电子化,.而生活中最常用的水银温度计在打破后其玻璃碎片和水银能对人们造成伤害的危险,所以,我们提出了这样一个设想:能不能制作出一种简单实用的电子控制的温度计,为我们的日常生活提供更好的保障.目前可读值温度传感器（温度计量系统）已经广泛应用在工业、农业生活各个领域，而且有多种成型产品。但传统产品为了注重其精度和适应各种环境，如高温、超低温、高湿度、电磁场等环境，加载了很多特殊防护进行了特殊处理，使得产品造价昂贵、结构复杂，得不到普及。给技术人员尤其是学生进行实验，研究带来了困难。本文将结合实验严究和实际应用于一身，自制一套价格低廉、量程大、精度高、原理简单、操作方便、拓展范围大的可读值温度传感器。TL431是TL.ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。其参数高（高精度，低温漂），性价比高，他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置从2.5伏到36伏范围内的任何值。近来在国内外得到了广泛应用。本文介绍的测温电路，利用可调精密并联稳压器TL431和铂电阻构成工作电流可调的恒流源。流过铂电阻的电流在极宽的阻值范围内保持恒定值，有效的提高了温度测量精度。二、研究的目1、为了使人们生活更加便捷安全。2、减少水银之类的有害物质与人们接触的机会。3、实现绿色环保，有利于大批量生产。三、应用原理我们打算用热敏电阻作为探头,电流表作为表盘,利用电阻随温度变化而变化电流的方法得知温度数据.探头Pt100利用热敏电阻Pt100随温度增加电阻值减小的性质制作温度计探头具有灵敏度高、体积小、热响应快、缺点是非线性而且反应时间比较慢.铂电阻测温精度高，性能稳定，互换性好，价格便宜，使用寿命长，测量范围大，应用十分广泛。但一些测温电路没有采用恒流措施，使流过铂电阻的电流随其阻值变化而变化带来了较大的测量误差。Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为[1]：（1）-200℃t0℃时，RPt100=100[1+At+Bt2+Ct3（t-100）]2（2）0℃≤t≤850℃时，RPt100=100（1+At+Bt2）（2）式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。Pt100在各温度下对应的阻值（参考无锡市精信流量计公司资料）温度0123456789（℃）电阻值（Ω）－3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8384.43－2092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.44－1098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.44－0100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8890135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.32138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.84150.22130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03140154.41154.79155.17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83150158.21158.59158.97159.35159.73160.11160.49160.86161.25161.62160162.00162.38152.76133.13163.51163.89164.27164.64165.0165.40170165.78166.16166.53136.91167.28167.65168.03168.41168.7169.10180169.54169.91170.29170.57171.04171.42171.79172.17172.5172.92190173.29173.67174.04174.41174.79175.16175.54175.91176.2176.66200177.03177.40177.78178.15178.52178.90179.27179.64180.0180.39210180.76181.13181.51131.88182.25182.62182.99183.36183.7184.11220184.48184.85185.22135.59185.96186.33185.70187.07187.4187.81230188.18188.55188.92139.29189.66190.03190.40190.77191.1191.513240191.88192.24192.61132.98193.35193.72194.09194.45194.8195.19250195.56195.92196.29136.66197.03197.39197.76198.13198.5198.86260199.23199.50199.90200.33200.69201.06201.42201.79202.1202.52270202.89203.25203.62203.98204.35204.71205.08205.44205.8206.11280206.53206.90207.26207.63207.99208.35208.72209.08209.4209.81290210.17210.53210.89211.26211.62211.98212.34212.71213.0213.43300213.79214.15214.51214.88215.24215.60215.96216.32216.6217.04310217.40217.76218.12218.49218.85219.21219.57219.93220.2220.64三端稳压基准器TL431TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源.它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值.该器件的典型动态阻抗为0.2欧姆,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路、可调压电源,开关电源等等.如图可以看到VI内部是一个2.5V的基准源,接在运放的反输入端.由运放的特性可知,只有当REF端(同相端)的电压非常接近VI(2.5V)时三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但在分析应用时,可以近似看作该图结构.电路结构在整个电路中,R1起限流作用,TL431使得AB间的电压值为2.5V,这样调节R(3)可使通过PT100的电流小至这10MA.123处这为T084中的其中三组电压跟随器,它们的闭环电压放大倍数4A(VF)=1,即输出电压与输入相等,相位相同.[3]R(5)-R(10)为限流电阻.由于电压跟随器输入电阻大,输出电阻小,所以电压、跟随器后面的电路即可以按压电压进行工作、改变，而不会影响到前面的电路部分。因为PT100能测得的最低温度为-200度，此时PT100的阻值为17.28欧姆,这里为了切合实际需要我们以-50度为最低温度。此时PT100的阻值为80欧姆。PT100两端电压为V=IR=0.01*80=0.8伏,所以要通过调节R(4)使F点电压为0.8伏,因为要通过安培表盘把温度值显示出来,所以必须进行调零.这里我们把-50度即PT100阻值为80欧姆时为零点。当PT100阻值为80欧姆时，两端电压为V=RI=80*0.01=0.8伏,为了使安培表读值为零.这里利用TL084中的第四组电压跟随器制成一个减法器.其运算过程如下: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)(对地电压)V(N)=0.8V(对地电压)所以V(R)-V(F)=V(PT100)-0.8这样当温度为-50度即PT100阻值为80欧姆时，在安培表的读值为零。然后利用电位计模拟PT100，对照PT100电阻分度表，调到相应的阻值，在表盘记下相应的温度值即可，由于表盘的范围有限，我用电阻对安培表进行测量，这里我们分了两个量程，-50度—600度。R（15）和R（16）就是对这两个量程进行扩容的电阻，我用的安培表满偏电流为0.5MA,其扩容过程如下:V(PT100)=R(PT100)*I(PT100)当为-50度—100度量程是，满偏时PT100的阻值为R（PT100）=139.1欧姆V(PT100)=139.1*0.01=1.391(伏)MN两间电压V(MN)=V(PT100)-0.81=1.391-0.8=0.59(伏)安培表总阻值为:R=V/I=0.5a1/0.0005=1182(欧)电流表内阻为:R(内)=700(欧)所以扩容电阻R(15)=1182-700=482(欧)同理当为-50度—600度量程时，满偏时PT100阻值为317.06欧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)安培表阻值为:R=V/I=2.5106/0.5*10^-3=4741.2(欧)五、研究过程51、精读物理课本，找出有关资料.2、组员讨论分析，确定研究对象.3、设定试验步骤，制作实物.4、整理资料形成论文.六、性能测试.七、结束语我们自己通过研究获得知