铂电阻数字温度计课程设计

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1、铂电阻数字温度计课程设计报告专业班级：测控技术与仪器063班学生学号：106034070学生姓名：张利辉指导教师：潘文诚设计时间：2009年5月一、设计任务与要求1．铂电阻线性电路的设计；2．消除引线影响；3．ICL7107显示数控电路的应用；4.MATLAB和PROTEUS仿真；5.设计一个量程为0-300℃，分辨率为1℃的铂电阻数字温度计；二、电路原理分析与方案设计利用铂电阻温度传感器、随温度变化信号的线性化技术、消除引线电阻的影响并使用ICL7107显示电路制作一个量程为0～300℃，分辨率为

2、1℃的铂电阻数字式温度计。电路原理图如下：三、单元电路分析与设计1.铂电阻PT100温度传感器导体的电阻值随温度变化而变化，通过测量其电阻值推算出被测环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器。能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：(1)电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；（3）材料的复现性和工艺性好，价格低；（4）在测量范围内物理和化学性质稳定，目前，在工业中应用最广的材料是铂和铜。铂电阻与温度之间的关系，在

3、0～630.74℃范围内可用下式表示：RT=R0(1+A*T+B*T^2)在-200～0℃的温度范围内为RT=R0[(1+A*T+B*T^2+C*(T-100℃)T^3)]式中：R0和RT分别为在0℃和温度T时铂电阻的电阻值，A、B、C为温度系数，有实验确定，R0=100Ω,A=3.90802e-3℃^-1，B=-5.80195e-7^-2,C=-4.27350e-12℃^-4。铂电阻广泛应用于-200～850℃范围内的温度测量，工业中通常在600℃以下。铂电阻随温度变化曲线：二、线性化技术1．原理

4、及线路①　（假设理想放大）V∑=(R0*VR)/(R0+R1)(VR-V∑)/R1=-(VA-V∑)/RTVA=-RT*(VR-V∑)/R1+V∑=-(RT*VR)/R1+(R0+R1)*V∑/R1=-(RT*VR)/R1+((RT+R1)*R0*VR)/(R1*(R0+R1))=(-RT*R0-RT*R1+RT*R0+R0*R1)*VR/(R1*(R0+R1))=(-RT+R0)*VR/(R0+R1)①　V∑=(VR-KA)*R0/(R0+R1)+KA=.....=-(VA-V∑)/RTVA=-R

5、T*(VR-V∑)/R1+V∑=(R0-RT)*VR/(R0+R1-K(R1+RT))----------------<1>令R0=R2+R3*R4/(R3+R4)校正系数K=R3/(R3+R4)①　VA=(R0-RT)*VR/(R0+R1-K(R1+RT))=(R2+R3∥R4-RT)/(R2+(R3∥R4)+R1-R3*(RT+R1)/(R3+R4))--------<2>线性化电路如上图所示。图中VR是参考电压源，RT是铂热电阻温度传感器，电路的输出电压VA与VT的关系如式<2>，当RT=R0

6、时，VT=0；参考源VR采用负值时，VT随RT的增加而增加。在式<2>中选择适当的校正系数K，可改善温度与铂热电阻值之间的二次非线性关系。2.K的求法K值采用三点零误差法求取，首先把测温区分为三等分,所得三个温度点有低至高TL、TM、TH,相对应的铂电阻阻值RT分别为RL、RM、RH。线性化电路的输出分别为VA(L)、VA(M)、VA(H)。由于TH-TM=TM-TL-------------<3>故有相对应的线性化电路三点输出值也需在同一条直线上（即非线性误差为零）。即VA(H)-VA(M)=VA

7、(M)-VA(L)---------<4>2*VA(M)=VA(H)+VA(L)-------------<5>将线性化电路的输出表达式<1>VA(RT,K)代入上式得2*VR(R0-RM)/(R0+R1-K(R1+RM))=VR*(R0-RH)/(R0+R1-K(R1+RH))+VR*(R0-RL)/(R0+R1-K(R1+RL))约去VR，求得K.K=(R0+R1)*(2*RM-RH-RL)/(RM*RL+RM*RH-2*RL*RH+R1*(2*RM-RH-RL))----<6>经校正后的电压-

8、温度曲线VT=f（T）的形状如右下图仿真所示，其最大误差发生在量程的约20%处，最大正误差发生在量程的约80%处。在量程的起点TL、中点TM、终点TH的误差均为零。在600℃量程范围内，最大误差的理论计算值小于0.05%。三、引线电阻消除技术铂热电阻是以其电阻变化来反映温度变化的，如从传感器连接到仪表的引线过长，引线电阻将带来测量误差。消除引线电阻的影响的电路如下图所示。铂热电阻RT采用三线接法，图中，RL是等效的引线电阻，电路的分析如下式：V1=(2*RL+RT)*