Pt100测温电路设计论文(3)

来源：网络收集时间：2026-07-08

导读： TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如下图所示。下图a可作2.5V基准源，下图b作可调基准源，电阻R2和R3与输出电压的关系为U0=2.5(1+R2/R3)V0 图4 图5 第三章实验参数 3.1温度测量 3.1.1 温度与温标 温

TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如下图所示。下图a可作2.5V基准源，下图b作可调基准源，电阻R2和R3与输出电压的关系为U0=2.5(1+R2/R3)V0

图4 图5

第三章实验参数

3.1温度测量

3.1.1 温度与温标

温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的, 需要测量温度和控制温度。随着科学技术的发展, 对温度的测量越来越普遍, 而且对温度测量的准确度也有更高的要求。

 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以测量, 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换, 以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。

为了定量地描述温度的高低, 必须建立温度标尺, 即温标。温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传感器的温度数值均由温标确定。历史上提出过多种温标, 如早期的经验温标（摄氏温标和华氏温标）, 理论上的热力学温标, 当前世界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数值为热力学温度（符号为T）, 单位为开尔文（符号为K）, 1 K等于水三相点热力学温度的。 热力学温度是国际上公认的最基本温度, 国际温标最终以它为准而不断完善。我国目前实行的是1990年国际温标（ITS-90）, 它同时定义国际开尔文温度（符号ITS-90）和国际摄氏温度（t90）, T90和t90之间的关系为

t90T 90 273.15 ck在实际应用中, 一般直接用T和t代替T90和t90。

3.1.2 温度测量的主要方法和分类

温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器, 就测量系统的功能而言, 通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成, 如图 11 - 1 所示。简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的, 一般在现场使用。

温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被测介质接触, 可以分成接触式与非接触式两大类。 

接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相接触, 当被测温度与感温元件达到热平衡时, 温度敏感元件与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单，工作可靠，精度高，稳定性好，价格低廉等优点。这类测温方法的温度传感器主要有: 基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度传感器，基于导体或半导体电阻值随温度变化的电阻式温度传感器，基于热电效应的热电偶温度传感器。 

非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关, 并且以电磁波形式向四周辐射, 当选择合适的接收检测装置时, 便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号, 实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感器的测量滞后和在温度范围上的限制, 可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度, 不干扰被测温度场, 但精度较低, 使用不太方便。

3.2 热电阻Pt100测温电路调试体会

铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。

PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50~600℃℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。

常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。其中图1为三线制桥

式测温电路，图2为两线制桥式测温电路，图3为恒流源式测温电路。下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明（注：这两个电路本人均有采用及试验，证明可行）。

桥式测温电路

桥式测温的典型应用电路如图1所示（图1和图2均为桥式电路，分别画出来是为了说明两线制接法和三线制接法的区别）。

测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3＝R4、 R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V供电。

设计及调试注意点：

1. 同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；

2. 改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求

3. 放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作（以前就有个同学特别提醒说只有接成正反馈才能正常工作，我也没做试验就拿它当经验，害得我重新做板）。

4. VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100

的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当电位器阻值调至109.885Ω时，温度的零点就被设定在了25℃。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。

5. 理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际在电路工作时测

量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为

4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) （1）

式中电阻值以电路工作时量取的为准。

6. 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压波动造

成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确了，这可以根据式（1）进行计算得知。

实验测量值与理论值

总结

通过10天的课程设计，使我们的动手能力有了很大提高，同时也磨练了我们的耐心和细心。这一次也把我们所学的传感器知识应用到了，使我们知道现实实践对我们知识理解的重要性，通过我们自己亲自动手设计并焊接，才知道事情并不是那么容易，这才深刻了解到理论联系实践的重要性，这次焊接的困难使我们认识到电路元件的布局及细心的重要。只有这样我们才能花最短的时间做出最高效的作品。

这次设计让我们得到了更多的经验。做事情之前要仔细思考，不要盲目要勤于动脑；当我们完成焊接并没有完成预期的效果，我们要有耐心，细心慢慢检查，不要气馁，这样我们才能顺利完成设计。

总的来说，这次设计使我们学到的知识得到应用，使我们知道了实践的重要相信通过这次实习会使我们成长更多。

致谢

在论文完成之际，我要特别感谢孟凡姿老师的悉心指导和热情关怀。在撰写论文的过程中，无论是在论文的选题，构思和资料的收集方面，还是论文的研究方法以及成 …… 此处隐藏：1751字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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