传感器参数检定 PT100测温 PT100电阻标定文档格式.docx

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设计内容：

再经过A/D转换，经过单片机简单处理，进行相应的显示。

主要要求：

0~300℃对应0~2V、掌握恒流源的设计、区别各种放大电路的利弊、掌握四线制PT100的接线、以及动手绕制热电阻

（R=50Ω）。

二、硬件设计

一、对普通PT100进行标定

首先需要对普通PT100进行标定，恒温槽能在工作区域内提供恒定稳定的温度，标定方法如下：

1、恒温槽加热，达到预定的温度；

2、将标准的PT100和普通四线制PT100分别插入两只试管；

再分别深入恒温槽中，然后同时记录两者的电阻值；

3、根据标准PT100的电阻值便能方便的测得普通四线制PT100所处的环境温度；

4、根据温度T和电阻R绘制图线，得到函数关系式；

5、重复测量，得到回程误差等静态参数。

实验测得平均数据如下：

数据1

恒温槽温度

40

45

50

57

58

59

60

标准PT100温度

40.46

45.58

50.44

57.16

58.35

59.31

60.36

标准PT100阻值

29.30554

29.8644

30.348

31.0147

31.1332

31.228

31.3326

普通pt100阻值

116.1

117.998

119.872

122.529

122.882

123.256

123.663

数据2

65

70

80

90

100

110

120

65.29

70.1

80.08

89.91

99.72

109.64

119.52

31.8203

32.296

33.2792

34.2465

35.208

36.1766

37.1396

125.546

127.392

131.198

134.954

138.694

142.815

146.55

运用matlab得到标准PT100电阻R与温度T关系如下

由图可以看出，标准PT100的温度T与电阻R成线性关系；

并且由matlab计算得数据关系近似为R=0.1032T+25.2037；

说明此恒温槽温度稳定，测量结果误差小，可进行普通四线制PT100的标定。

运用matlab得到普通四线制PT100电阻R与温度T关系如下

由图可以看出，四线制PT100的温度T与电阻R成二次关系且具有良好的线性关系；

并且由matlab计算得数据关系近似为R=0.0001t2+0.3677t+101.0601；

当温度为零摄氏度时，PT100的实际电阻为101.0601Ω。

三、运放电路的设计

1、考虑到传统的差分放大电路，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。

首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。

假定反相输入阻抗等于100kΩ，而同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200kΩ。

因此，当电压施加到一个输入端而另一端接地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。

（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。

）另外，差分放大电路要求电阻的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。

例如，当增益等于1时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有0.1%失配，其CMR便下降到66dB（2000:

1）。

同样，如果源阻抗有100Ω的不平衡将使CMR下降6dB。

所以我们采用仪用放大电路，可以避免以上缺陷。

放大电路如下：

输出电压V=（V2-V1）（1+2

）（

）

2、为了使实验结果更为精确，避免电阻不精确带来的影响，我们采用恒流源给PT100供电；

同时为了保证0℃是输出电压0V，采用PT100与100Ω的电阻串联，把两者的电压相减，即可得到实验要求。

具体电路如下：

恒流源部分：

总的电路图：

将此四线制PT100插入恒温槽中，得到不同温度下的电阻值如下:

PT100阻值

第一次输出电压

第二次输出电压

第三次输出电压

-0.175

-0.189

-0.1946

105

-0.085

-0.0915

-0.0984

-0.013

0.006

-0.002

115

0.1109

0.1029

0.0949

0.2079

0.1992

0.1915

125

0.3053

0.2964

0.2874

130

0.4016

0.3932

0.3834

135

0.4998

0.4894

0.48

140

0.5962

0.5856

0.5757

145

0.6922

0.682

0.6721

150

0.781

0.7782

0.7686

155

0.8738

0.8743

0.8649

160

0.9691

0.9711

0.9604

165

1.0696

1.0665

1.0565

170

1.1695

1.1621

1.1523

175

1.2604

1.2583

1.2481

180

1.3657

1.3555

1.3436

185

1.453

1.4522

1.4385

190

1.541

1.545

1.537

195

1.6371

1.6405

1.6325

200

1.7448

1.7374

1.7281

205

1.8509

1.8332

1.823

210

1.9443

1.9288

1.9162

212

1.9822

1.9683

1.9521

应用matlab得到V-R关系如下图所示

得到输出电压V与PT100电阻R的关系式为V=0.0193R-2.1066，既在0~220度范围内，PT100的线性度非常好。

考虑到电路本身发热和其他因素，需重复测量其电压V与电阻R的关系，既电阻在0~212Ω做连续多次变化，得到如下数据：

输出电压1

输出电压2

输出电压3

重复性误差1

重复性误差2

重复性误差3

0.00000%

-8.00000%

-11.20000%

-7.64706%

-15.76471%

316.6667%

133.33333%

7.21371%

14.42741%

4.18470%

7.88841%

2.91517%

5.86309%

2.09163%

4.53187%

2.08083%

3.96158%

1.77793%

3.43844%

1.47356%

2.90379%

0.35851%

1.58771%

0.05719%

1.07515%

0.20595%

1.10184%

0.28983%

1.22476%

0.63275%

1.47071%

0.16661%

0.97588%

0.74687%

1.61822%

0.05506%

0.99794%

0.25890%

0.51780%

0.20725%

0.48766%

0.42412%

0.95713%

0.95629%

1.50737%

0.79720%

1.44525%

0.70124%

1.51851%

3、由于铂是贵重金属，因此，在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温，铜价格便宜，缺点是易氧化，不适宜在腐蚀性质或高温下工作。

它的测量范围为-50℃~+150℃。

动手绕制热电阻

（R=50Ω）得到数据如下

70.22

80.07

32.307

33.279

普通铜电阻阻值

24.5728

23.796

25.4162

27.0283

26.6945

89.93

99.75

109.86

119.55

34.2485

35.2103

36.1984

37.1425

27.6475

28.4309

29.3421

30.0321

应用matlab绘得图线如下

并得到关系式线性关系式为R=0.0871T+20.6809；

可知铜热电阻线性较好。

四、经验教训

通过本次温度测量系统的设计，我对温度测量控制有了进一步的熟悉和更深入的学习。

在整个设计的过程中，本设计的重点和难点是：

怎样将PT100热电阻的非电量信号转换为单片机单片机能识别的电量信号，其中的信号如何放大及放大倍数的确定等等。

从一开始的课题确定，到后来的资料查找、理论学习，再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我的理论知识和动手能力进一步得到提升。

在画原理图、电路仿真和调试过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静，联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了时候可以请教同学或指导老师。

虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，实现了整个系统设计与最后调试，相关指标达到预期的要求，很好地完成了本次设计任务。

通过本次设计，我了解并掌握了传感器的基本理论知识。

为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、打下了良好的基础，树立独立从事产品研发的信心，并在这种能力上得到了比较充分的锻炼。

五、附件

焊接电路板实物图