pt100测温电路设计报告.docx

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pt100测温电路设计报告

前言

传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。

随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。

从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。

传感技术已成为重要的现代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。

温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。

由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温传感器就会相应产生

随着现代电子技术的发展，对温度的测控技术提出了更高的要求。

PT100铂热电阻温度传感器具有精度高，稳定性好等优点，测温范围为-200～650℃，使用非常方便，广泛用于电力、石油、化工、建材等行业的过程监控系统中，而且被制成各种标准温度计。

前言……………………………………………………………………………3

第一章绪论……………………………………………………………………5

1.1温度传感器发展……………………………………………………………5

1.2PT100的简介………………………………………………………………7

第二章设计内容………………………………………………………………9

2.1制作PCB原理图……………………………………………………………9

2.2制作镜像图…………………………………………………………………9

2.3制作电路板…………………………………………………………………11

第三章调试电路板……………………………………………………………12

3.1调试电路板…………………………………………………………………12

3.2测量并记录结果……………………………………………………………12

第四章总结……………………………………………………………………13

致谢……………………………………………………………………………14

参考文献…………………………………………………………………………15

第一章绪论

1.1温度传感器发展

1传感器的概述

科学技术离不开测量。

测量的目的就是要获得被测对象的有关物理或化学性质的信息，以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制，完成这一功能的器件就我们称之为传感器。

传感器是信息技术的前沿尖端产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域，尤其是温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。

温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段;

（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）;主要是能够进行非电量和电量之间转换。

（2）模拟集成温度传感器/控制器;

（3）智能温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

2传感器的分类

传感器分类方法很多，常用的有2种:

一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。

通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:

温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:

位移、力、加速度、重量等;物性参数:

比重、浓度、算监度等;状态量参数:

颜色、裂纹、磨损等。

温度传感器属于热工参数。

温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:

一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。

这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。

非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。

目前最常用的是辐射热交换原理。

此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。

3传感器的原理及发展

3.1传统的分立式温度传感器—热电偶传感器

热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50℃-1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，最低可测到-269℃，钨-铼最高可达2800℃。

热电偶传感器主要按照热电效应来工作。

将两种不同的导体A和B连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图1所示。

当导体A和B的两个接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象即称为热电效应，也叫温差电效应。

热电偶就是利用这一效应进行工作的。

热电偶的一端是将A、B两种导体焊接在一起，称为工作端，置于温度为t的被测介质中。

另一端称为参比端或自由端，放于温度为t0的恒定温度下。

当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。

热电偶两端的热电势差可以用下式表示:

Et=E（t）-E（t0）

式中:

Et—热电偶的热电势

E（t）—温度为t时的热电势

E（t0）—温度为t0时的热电势

当参比端的温度t0恒定时，热电势只于工作端的温度有关，即Et=f（t）。

当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极的成分及两端的温度有关。

3.2集成（IC）温度传感器

（1）模拟集成温度传感器

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。

模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

（2）智能温度传感器

传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。

目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。

智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。

1.2PT100的简介

铂电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。

铂在氧化性气氛中，甚至在高温下的物理、化学性质都非常稳定。

因此铂被公认为是目前制造热电阻的最好材料。

铂电阻主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。

铂电阻的阻值温度之间的关系，在0～850℃范围内可用下式表示，

Rt=R0（1+At+Bt2）

在-200～0℃范围内则用下式表示，

Rt=R0[1+At+Bt2+C（t-100）3]

式中Rt---温度为t℃时的铂电阻的阻值；

R0---温度为0℃时的铂电阻的阻值；

A、B、C为常数，

A=3.96847×10-3/℃；

B=-5.847×10-7/℃；

C=-4.22×10-12/℃；

对满足上述关系的热电阻，其温度系数约为3.9×10-3/℃。

根据国家从1988年开始采用的IEC标准，工业用标准铂电阻R0有100Ω

和50Ω两种，并将电阻值Rt与温度t的对应关系列成表格，成为铂电阻分度表，分度号分别为Pt100和Pt50。

PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。

PT100的阻值与温度变化关系为：

当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工业原理：

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

设计中我们就是利用PT100的这一特性来实现温度与输出值之间的转化的。

第二章设计内容

2.1制作PCB原理图

根据老师给出的电路图如图1，自己制作PCB原理图。

图1

自己制作PCB原理图，制作PCB原理图（图2）要合理布置器件、合理布线，不能有线线相交。

图2

2.2制作镜像图

当把PCB原理图制作好并检查完毕后要对其进行打印预览和镜像，并且要把打印预览图和镜像图剪切下来然后打印。

（，）

印预览图

图3

镜像图

图4

2.3制作电路板

把制作好的图让老师检查无误后，用复写纸把镜像图拓印到电路板上，然后用钻头给电路板打孔，打孔的时候要注意孔的大小，不能距离太近进。

芯片LM324只用到了5个引角，所以只需打出这5个引角就行。

把电路板上的孔打好之后就可以上漆了，要用细毛笔慢慢地描线，上漆的时候不能把相邻的两条线描到一起，上漆的时候不要太薄，否则铜容易被腐蚀掉。

上完漆之后要等到油漆干了之后才能进行置换，把用不到的铜置换掉，只剩下我们需要的电路。

当整个电路板完成之后我们就需要在上面焊接元器件了。

在焊接元器件时，我们要先调节滑动电阻器UR1两端的电压，调节UR1的阻值使其两端电压为4.07V，

然后再焊接第二个滑动变阻器的时候要先把滑动变阻器的阻值调到98.7Ω。

第三章调试电路板

3.1调试电路板

电路板焊接好之后我们就需要调试电路板了，看看电路板是不是正确可行。

给电路板通上5v的恒流源，然后用万用表测量输出电压即电容C2两端的电压并记录。

根据公式4.07×[RPT100/（R1+RPT100）-RVR2/（R1+RVR2）]

求出理论输出值，把理论输出值乘以100再和测量值比较，如果两个值相差不大那么说明这个电路板是好的。

我测出的电压值是0.812V，理论值是0.898V。

3.2测量并记录结果

分别测量实验室温度时的电压、手的温度、室外温度。

室内温度

手温

室外温度

PT100

理论值

实际值

PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。

PT100的阻值与温度变化关系为：

当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工业原理：

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

所以当PT100处于不同温度时其阻值也不相等。