PT100温度变送器的设计

课程设计
课程名称测控电路
题目名称 Pt100温度变送器设计
学生学院物理与信息工程学院
专业班级测控技术与仪器
班号 B08072021
学生组员张文焱胡聪罗成
指导教师范志顺
2011-1-5
课 程 设 计报告
一、实验要求：
设计一个用热电阻Pt100制作的温度变送器，要求其温度变化范围为0℃-400℃,输出为0.3V-1.5V,精度为5％，在此基础上构成一个输出为4mA-20mA 的电流源。

二、实验原理：
1.同相放大及差分放大部分：
Uo
2.电压跟随器：
)
21
(9)
49(21214
99
112212R R R R R R Uo R R R Uo R R R +⨯+⨯⨯
=+⨯
=+⨯则：对同相放大器有：
11
101222
11R R R Uo +⨯
=-对电压跟随器有：)
21(6
8
6
8578577
16
57712Uo Uo R R Uo R R R R R Uo
R R R Uo R R R R Uo Uo -⨯==-+⨯=+⨯-则：因对差分放大电路有：
Uo
3.电流源电路：
Uo
16
100)1317(171412)
100(1214
12100R i R R R R R i Uo R Uo R R i
Uo i -++--
+
+-=
三、元件清单：
四、资料准备：
热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。

因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt0[1+α（t-t0）] 。

式中，Rt 为温度t 时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t 。

式中Rt 为温度为t 时的阻值；A 、B 取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上 ），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。

金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。

工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器
的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。

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。

应用于医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

五、实验步骤：
1.将PT100调至100Ω接入电路，分别测Uo1和Uo2,调滑动变阻器104和502，使其电压均接近于1V,并且Uo1> Uo2。

对电路信号放大部分先进行调零：测Uo 的值并调节502，是输出为0.3V,再对电路信号放大部分进行调满：先将PT100调至247Ω
接入电路, 再测Uo 的值并调节104，使输出为1.5V 。

如此反复对该电路进行调零和调满的操作，使其输出稳定在0.3V-1.5V 之间即可。

2.测实验数据：调节PT100的阻值，使其以每隔50℃的阻值接入电路，再测输出Uo 的值，电流源电路接好后，开始测电流的输出。

测量时应按PT100的阻值增大时测一次，再依次减小其阻值测一次。

六、实验分析：
Ω
=Ω==Ω==Ω=-+⨯+⨯⨯=+⨯-+⨯+⨯⨯⨯=
---K R K R V Uo R V Uo R R R R R U R R R R R R R R R R R U 2.254678.05.1,2472,3.0,10028.0)210(5)
410(212o )11
1012)21(9)49(212(68o 2112
112
11分别代入可得：将代入数据可得：得：由实验原理中的公式可
Ω==
=+
=
-
+
+
-
-
+
+
-
=
K
R
m A
i
V
U
Uo
R
o
R
i
R
R
R
R
R
i
Uo
R
Uo
R
R
i
Uo
i
15
.0
16
20
,
5.1
o
100
16
U i
16
100
)
13
17
(
17
14
12
)
100
(
12
14
12
100
代入得：
将代入数据得：
由
七、实验数据及实验结论：
热电阻Pt100增大时i及Uo的变化：
Uo与PT100阻值变化的关系：
00/ΩUo
热电阻Pt100减小时i及Uo的变化：
i与PT100阻值变化的关系：
00/Ω八、实验总结：
经过将近两天的测控电路课程设计，我终于在老师的指导下完成了PT100温度变送器的设计，虽然与老师的要求有一定的差距，但我还是很高兴的。

在这次课程设计中，我们自己动手焊接了实验电路，自己检查电路中的错误，自己改正这些错误，自己查资料，这些都是我们独立完成的，虽然在这一过程中我们遇到了许多困难，但我们还是咬牙挺过来了，因此我们也学到了许多东西。

由于我之前有过焊接电路板的经验，在焊接过程中并未遇到什么困难，我自己也认为我焊接的电路板还是不错的，但我还是在电路调试中遇到了很大的难题，虽然老师在布置这个课程设计之前给我们讲了一些在调试中要注意的问题，但在实际操作中我们几乎完全忘了这些需要注意的问题，例如对电路的调零和调满的操作，我们都没有将这两步分开来进行，而是直接测电路的输出；再如，调零和调满的操作要进行多次，通过反复调试来保证电路测量范围的准确性，可我们几乎都是只调试了一次就开始测数据，导致数据的不准确。

这次课程设计使我们了解到了基础电路知识的重要性，只有当我们对基础电路有了一定的了解之后，才能对较为复杂的电路进行分析，从而设计出合理的、合乎要求的电路。

从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，一定要将理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，只有这样才能将我们的所学真正的应用出来，这就是我在这次课程设计中的最大收获。