热电阻测温及其保护电路设计
热电阻的测温电路
Pt100热电阻的测温电路[摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。
目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。
用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。
从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。
才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。
[关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量目录1 前言 (4)1．1 传感器概况 (4)1．2 设计目的 (7)2 设计要求 (8)2．1 设计内容 (8)2．2 设计要求 (9)3 原器件清单 (10)4 Pt100热电阻的测温电路 (11)4．1 总体电路图 (11)4．2 工作原理 (11)5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12)5．1 测温电路的工作原理 (12)5．2 测温电路的实现 (14)5．3 测量结果及结果分析 (15)6 制作过程及注意事项 (16)6．1 制作过程 (16)6．2 注意事项 (17)7 总结 (18)8 致谢 (19)参考文献 (20)1 前言1．1传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
热电阻法测温
非接触、便携、快速、直观、可记录存储
响应速度快 灵敏度高 测温范围宽广 适用于多种目标
在机电行业中，红外测温主要用于机械、电气控制 设备的状态监测及故障检查。
(一)红外点温仪 红外点温仪是以黑体辐射定律为理论依据，通过 被测目标红外辐射能量进行测量，经黑体标定后 确定被测目标温度的仪器。
5．性能稳定，重复性好，有利互换；测量电路简单
2．非接触式测量
在工业领域中有许多温度测量问题用接触式测 量方法无法解决，如高压输电线接点处的温度 监测，炼钢高炉以及热轧钢板等运动物体的温 度监测等。
一、辐射测温的基本原理 物体因受热使其内部原子或分子获得能量而从低 能级跃迁到高能级，当它们向下跃迁时，就会发 射出辐射能，这类辐射称为热辐射。
4.1.4温度诊断技术
1接触式测温方法
在机电设备的故障诊断与监测领域，根据测量 时测温传感器是否与被测对象接触可将测温方 式分为接触式测温和非接触式测温两大类。
常用的接触测量法
热电阻法 热电偶法
集成温度传感法
一、热电阻法测温 热电阻法测温使用的仪器是电阻式温度计，它是 根据几乎所有导体的电阻都会随着温度的改变而 变化这一原理制成的。测温时，温度计上感温元 件的电阻随着温度的改变而变化，电阻的这种变 化通过测量回路的转换在显示器上显示出温度值。
红外点温仪通常由光学系统、红外探测器、电信 号处理器、温度指示器及附属的瞄准器、电源、 机械结构等组成。
常用的红外点温仪按其工作原理及其检测波段 的不同，分为以下3类：
1．辐射感温器
2．单色测温仪
3．比色测温仪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非接触式测量方法就是通过检测被测物体所发射 的辐射能中不同波长的光，来实现温度检测的。
《传感器原理及应用》基于PT100温度传感器的温度测量电路设计实验报告
《传感器原理及应用》基于PT100温度传感器的温度测量电路设计实验报告1.实验功能要求了解铂热电阻的特性与应用；熟悉铂热电阻测温电路；利用P100铂电阻测量温度源的温度；记录温度与测量电路电压输出数据2.实验所用传感器原理利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。
常用的热电阻有铂电阻(650℃以内)和铜电阻(150℃以内)。
铂电阻是将0.05~0.07mm的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。
在0-650℃以内。
铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计。
)。
实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示。
3.实验电路PT100铂电阻测温电路经验P100电压采集放大电路:前半部分是4.096V恒压源电路，然后是一个桥式电压采样电路，后面是一个电压放大电路。
一、4.096V恒压源电路因Vref=2.5V，故有4.096=(1+R1/R2)*2.5，得出R1/R2=1.6384，可以通过调节滑动变阻器实现。
二、桥式电压采样电路这是一个桥式电压采样电路，其原理是将V2作为参考电压，通过V1的变化去得到一个相对的电压数值，这样就能得到PT100的电阻数值，从而得到当前温度数值。
其中相对数值是通过R7去调节，可以是任意，其R7的主要作用还是在校准温度使用。
根据项目需要，现在使用的R7的阻值是138.5002Ω，也就是PT100在100摄氏度是的温度数值。
三、电压放大电路分析电路:1根据"虚断"原则，流过R3和R8电流相等(V1-Vx)/R3=Vx/R82根据“虚断"原则，流过R6和R1电流相等(V2-Vout)/(R6+R1)=(V2-Vy)/R6 3根据"“虚短"原则，Vy=Vx4根据这3个公式得出:11V1-10V2=Vout理想要的数值是10倍的放大倍数，但是现在在输出端多了减了V1，根据模拟的数值可知，V1的取值范围是0.215-0.36835241646对应温度范围是44.032- 75.43。
热电阻 并联-概述说明以及解释
热电阻并联-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热电阻并联是一种常见的电路连接方式，它可以有效地提高电路的可靠性和稳定性。
该电路连接方式通过将多个热电阻器并联连接在一起，实现了电流的分流和分压作用。
在热电阻并联电路中，多个热电阻器共同承担温度检测和电阻变化的功能，从而提高了检测的准确性和可靠性。
热电阻器是一种利用材料电阻随温度变化的特性进行温度测量的装置。
它的工作原理是当热电阻器与被测温度物体接触时，热电阻器内部会产生热量，并使其温度上升。
随着温度的变化，热电阻器内部材料的电阻值也会相应地发生变化。
通过测量热电阻器电阻的变化，我们可以间接地得知被测物体的温度。
然而，在某些情况下，单个热电阻器无法满足我们的需求。
例如，当需要测量较大范围内的温度变化时，单个热电阻器的测量范围可能会有限。
为了扩大测量范围并提高测量的准确性，我们可以选择将多个热电阻器并联连接在一起。
热电阻并联电路可以通过将多个独立的热电阻器并联在一起实现。
并联连接可以使得电流在不同的热电阻器之间进行分流，从而减小了每个热电阻器所受的电流负荷。
这样做不仅可以减小热电阻器的损耗，延长其使用寿命，还可以提高电路的稳定性和可靠性。
热电阻并联的另一个重要优点是提高了测量的准确性。
通过将多个热电阻器的测量结果进行平均或取最大/最小值，我们可以得到更加可靠和准确的温度测量结果。
这种冗余的测量方式可以有效地降低由于单个热电阻器异常而引起的错误测量。
热电阻并联电路在实际生活中有广泛的应用。
例如，在工业自动化领域，热电阻并联电路常常用于实现温度传感器的测量和控制。
通过将多个热电阻器并联，可以同时测量多个位置的温度，从而实现对生产过程的准确监控。
此外，热电阻并联电路还可以用于温度补偿、温度补偿放大和温度校正等应用中，提高了设备的稳定性和可靠性。
总而言之，热电阻并联是一种有效的电路连接方式，它通过将多个热电阻器并联连接在一起，提高了电路的可靠性和稳定性。
它不仅可以扩大测量范围，提高测量的准确性，还可以应用于各种工业自动化和控制领域。
热电阻测温原理及常见故障
热电阻及其测温原理在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。
对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。
所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。
1、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R t=R t0[1+α（t-t0）]式中，R t为温度t时的阻值；R t0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R t=Ae B/t式中R t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。
2、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）。
目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。
温度传感器应用电路
5. 气敏电阻检漏报警器
预热 开关
工作 开关
气敏 电阻
气敏输出电压
检出可燃气体时，气敏电 阻减小，电压增大，V1触发 V2，报警灯亮，音频振荡电 路也自激振荡声音报警。
6. 矿灯瓦斯报警器
检出瓦斯气体时，气敏电阻减小，V1、 V2导通，V3、V4振荡，报警灯闪烁。
温度是多少呢?
解：由附录Ｋ热电偶分度表查得：
E(t0＇,t0)=E(20,0)=0.798mV
已测得 E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV
故
E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV
热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与4.068mV所对应的温度是100℃。
2.冷端温度修正法
对于冷端温度不等于0℃，但能保持恒定不变（恒温器）或能用普通方法测出（如室温） 的情况，可采用修正法。常采用热电势修正法。
计算公式：E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0) 式中：E(t,t0)—热电偶测量端温度为ｔ，参考端温度为t0=０℃时的热电势值；
E(t,t0＇)—热电偶实际测量温度ｔ，参考端温度为t0＇不等于０℃时的热电势 值；
图8.5.7 PN结温度传感器的数字式温度计
4. 温敏三极管的温差检测电路
电压跟随器
差动放大器 电压跟随器
该电路的输出反映了两个待测点的 温差，常常用于工业过程监视和控 制场合。电路中使用了两只性能相 同的温敏三极管MTS102作测温探头 ，分别置于待测温场中，两个不同 温度所对应的Ube分别经过运算放 大器A1、A2 缓冲后，加到运算放 大器A3 的输入端进行差分放大。 具体调整时，将两只温敏三极管置 于同一温度中，调节电位器W，使 A3 输出Uo 为0 。这样就可以保证 输出电压Uo 正比于两点温差，灵 敏度由Rf 和R 决定。
Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度地影响
[图文]Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度的影响1、Pt100热电阻的三种接线方式在原理上的不同：二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。
四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。
2、Pt100热电阻的三种接线方式对测量精度的影响连接导线的电阻和接触电阻会对Pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或者四线制接线方式能有效消除这种影响。
与热电阻连接的检测设备（温控仪、PLC输入等）都有四个接线端子：I+、I-、V+、V-。
其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。
请参阅下图：（1）四线制就是从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，测量精度高，需要导线多。
（2）三线制就是引出三线，Pt100B铂电阻接线时电流回路的参端和电压测量回路的参考为一条线（即检测设备的I-端子和V-端子短接）。
精度稍好。
（3）两线制就使引出两线，Pt100B铂电阻接线时接线时电流回路和电压测量回路合二为一（即检测设备的I-端子和V-端子短接、I+端子和V+短接短接）。
测量精度差。
文档铂热电阻的接线造成温度失真现象的研究[ 录入:tai-yan |时间:2007-07-24 00:44:20 | 作者: | 来源:采集所得 | 浏览:158次 ]摘要: 项目推广中发现很多矿井主通风机的监测温度经常出现不同程度的虚高现象, 分析其原因是测温线路的接线引起了较大的温度误差。
文章对测温线路进行了理论分析, 并通过实验得出导线电阻的大小对温度影响的关系。
0 引言PT100(铂热电阻) 温度传感器具有精度高、测温范围宽、使用方便等优点, 在工业过程控制和测量系统中得到了广泛的应用。
用铂热电阻测温时, 将铂热电阻接入二次仪表, 例如巡检仪温度模块等, 通过二次仪表测量出铂热电阻的阻值,从而算出温度。
温度测量原理及接线方法
热电偶的安装要求
对热电偶与热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及 维修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求,在 选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几 点: 1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有 充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管 道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻. 2、带有保护套 管的热电偶和热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热 电偶和热电阻应该有足够的插入深度: (1)对于测量管道中 心流体温度的热电偶,一般都应将其测量端插入到管道中心处 (垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热 电偶或热电阻插入深度应选择100毫米; (2)对于高温高压和 高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的 阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方 式或采用热套式热电偶.浅插式的热电偶保护套管,其插入主蒸 汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度为 100mm; (3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直 径为4m,热电偶或热电阻插入深度1 m即可. (4)当测量原件 插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套 管.
常用热电偶材料
热电偶分度号 热电极材料 使用温度范围（℃）
S 铂铑合金（铑含量10 %） 纯铂 0-1400 R 铂铑合金（铑含量13 %） 纯铂 0-1400 B 铂铑合金（铑含量30%） 铂铑合金（铑含量6% ） 0-1400 K 镍铬 镍硅 -200-+1000 T 纯铜 铜镍 -200-+300 J 铁 铜镍 -200-+600 N 镍铬硅 镍硅 -200-+1200 E 镍铬 铜镍 -200-+700
实用低成本PT100测温电路两例_V1.0
实用PT100测温电路两例概述PT100铂热电阻是一种常用的温度传感器。
其测温原理是利用了金属铂自身电阻随着温度近乎线性变化的特点。
相较于其他测温元件（热电偶和热敏电阻），PT100铂热电阻的热稳定性好、精度高、漂移小，通常用在-200℃~600℃范围内的精密测温系统中。
PT100测温探头一般有2线、3线和4线这几种引线方式。
3线和4线的引线方式，主要是为了后面的调理电路能修正引线电阻带来的影响。
当然，引线越多，探头价格越贵。
PT100铂热电阻在0℃时是100Ω，当温度每变化1℃，电阻变化约0.385Ω。
如果引线电阻1Ω，那么会引入大约2.56℃的误差。
所以设计时应根据实际情况，选用不同的引线方式。
对于要求不高，引线不长（<0.5米）的系统，此时引线电阻很小，一般几十毫欧，引线电阻引入的误差可以忽略，推荐使用2线方式。
对于引线比较长的系统，引线电阻比较大，而且阻值不可预测，则应使用3线或4线方式。
根据IEC60751标准，PT100铂热电阻的阻值与温度之间关系如下：其中：下表是PT100铂热电阻的温度-电阻速查表：温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω-20018.5220107.79240190.47460267.56-18027.1040115.54260197.71480274.29-16035.5460123.24280204.90500280.98-14043.8880130.90300212.05520287.62-12052.11100138.51320219.15540294.21-10060.26120146.07340226.21560300.75-8068.33140153.58360233.21580307.25-6076.33160161.05380240.18600313.71-4084.27180168.48400247.09620320.12-2092.16200175.86420253.96640326.480100.00220183.19440260.78660332.79表1PT100温度-电阻速查表PT100铂热电阻温度采集系统主要有两种实现方式：1.恒流方式，2.电桥方式。
2.3热电阻
热电阻三线制电桥电路
2.3.3 热敏电阻
半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体 测温元件。 热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料， 按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为三种类型， 即： 正温度系数（PTC）热敏电阻 负温度系数（NTC）热敏电阻 在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器 （CTR）。
AD590集成温度传感器
（a）外形；（b）电路符号；（c）输出特性
下图是一个实际的测量电路。图中 AD581 输出一个标准的 +10．000伏电压，RP1用来调零，RP2用来调满刻度。AD590输 出电流在R1和RPl上产生压降，该电压经过运算放大后输出。调 整过程分别在0℃和100℃两点温度进行，通过运算放大器A放大 使输出灵敏度为 100mV／℃，即在0℃时调整RP1使输出0V，在 100℃时调整RP2使输出10V。
热敏电阻的（Rt—t）特性
1-负指数型NTC； 2-突变型NTC；3-突变型PTC ；4-线性型PTC
各种热敏电阻的特性曲线
热敏电阻的外形、结构及符号
a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型热敏电阻 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号 1—热敏电阻 2—玻璃外壳 3—引出线 4—紫铜外壳 5—传热安装孔
MF5A-3型热敏电阻
（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）
非标热敏电阻
非标热敏电阻（续）
非标热敏电阻（续）
热敏电阻温度面板表
热敏电阻
LCD
热敏电阻体温表
热敏电阻体温表的调试、标定方法
调试时， 应该先调哪一 只电位器，再 调哪一只电位 器？
2.3.4 热敏电阻的应用
NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿。 PTC突变型热敏电阻主要用作温度开关，PTC缓变 型热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内进行温 度补偿或温度测量。 CTR热敏电阻主要用作温度开关。
热电阻
——电阻温度计
1
1.1 热电组测温原理及特点
实验表明：大多数金属当温度升高1摄氏度时，电阻值要增加
0.4%~0.6%，半导体的阻值要减小3%~6%。
对于一个给定电阻，当其电阻值是温度的单值函数，通过测量
电阻值来推算温度。由此制成的温度传感器称为热电阻
热电阻的感温元件是用金属导体或半导体材料制成的
7
铜电阻 特点：电阻值与温度的关系几乎是线性的、电阻温度 系数较大、材料易提纯、价格相对便宜
适用范围：准确度要求不高、温度较低没有腐蚀的场 合，测量范围：－50到＋150摄氏度
缺点：250摄氏度以上易氧化，电阻率较小，做成一 定阻值的电阻体积就较大
温度特性：
通用：R t = R 0 ( 1 + A t + B t ² C t ³ + ) 0到100摄氏度： R t = R 0 ( 1+ at )
绝缘骨架
绝缘骨架是用以缠绕、支撑和固定热电阻丝的支架。它的 质量影响热电阻的技术性能。对骨架材料有以下要求: 在使用的温度范围内，电绝缘性能要好，比热容要小，热 导率要大;
温度膨胀系数要接近电阻丝的温度膨胀系数； 物理及化学性质稳定，不产生有害物质污染电阻丝； 有足够的机械强度及良好的工艺性能。 目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷以及塑料。
t = (0.15+2
-
0.1
镍热 电阻 WZN
Ni100 Ni300 Ni500
100 300 500
0.3 0.5
1.617
0.003
-60~
180
-60～ 0 0～ 180
Pt100热电阻测温实验报告
的斜率代替，因此可得
5、迟滞误差
8.6675 − 0.2806 K = 95 − 50 = 0.186376 mv/℃
迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值
∆max 与满量程输出������������������的百分比来表示，即
δH
=
±
1 2
·
∆������������������ ������������������
60
60
60
60
∑ ������������ = 4350 ， ∑ ������������ = 268.44 ， ∑ ������������������������ = 21768.3 ， ∑ ������������2 = 54625
������=1
������=1
������=1
������=1
所示。
图 1 Pt100 测温模块输出-输入校准曲线
电压/mv
9.00
8.50
8.00
7.50
7.00
6.50
6.00
5.50
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
50
55
60
1正行程
1反行程
65
70
75
80
85
温度/℃
2正行程
2反行程
3正行程
90
95
0.08
95
0.08
0.18
0.19
△max
0.38
-0.54
0.39
金属热电阻温度测量电路
( R3 r ) R1 rR2 R3 R1 R1r Rt r R2 R2 R2
(2.25)
设计电桥时如满足R1=R2,则上式等号右边含有r的两项完全消 去，就和r=0的电桥平衡公式完全一样了。在这种情况下，导 线电阻r对热电阻的测量会毫无影响。但必须注意，只有在 R1=R2的情况下，在平衡状态下才会有上述的结论。当采用不 平衡电桥与热电阻配合测量温度时，虽不能完全消除导线电 阻r的影响，但采用三线制已大大减少了误差。
• 近年来市场上出现了大量的厚膜和薄膜铂热电阻感温元件， 厚膜铂热电阻是用铂浆料印刷在玻璃或陶瓷底板上，再经 光刻而成。这种感温元件仅适用于-70～+500℃温区，但这 种感温元件用料省，可机械化大批量生产，效率高，价格 便宜，是一种很有前途的感温元件。
• ②铜热电阻 使用测温范围为-40～140℃，分度号为Cu50 和Cu100，它们在0℃时的阻值R0分别为50Ω和100Ω。铜热 电阻线性好，价格低，但电阻率低，因而体积大，热响应 慢。铜热电阻的数学模型为： • Rt=R0(1+At+Bt２+Ct３) (2.23) • 式中A=4.28899×10-3(1/℃)，B=-2.133×10-7(1/℃2)， C=1.233×10-9(1/℃3)。
• 装配式和铠装式热电阻结构如图2.26所示。
图2.26 装配式和铠装式热电阻结构示意图 (a)装配式热电阻；(b)铠装式热电阻 1—金属保护套管；2—热电阻元件；3—绝缘材料粉末；4—引线
• ⑤三线制和四线制 标准热电阻安 装在现场，而与其配套的温度指示 仪表要安装在控制室，其间引线很 长。如果用两根导线把热电阻和仪 表相连接，则相当于把引线电阻也 串接加入到测温电阻中去了，因为 引线有长短和粗细之分，也有材质 的不同，另外引线在不同的环境温 度下电阻值也发生变化，这些都会 引入误差。为了避免或减少导线电 阻对测温的影响，标准热电阻在使 用时多采用三线制连接方式。即热 电阻的一端与一根导线相连，而另 一端同时连接两根导线。当热电阻 与电桥测量电路配合使用时，采用 三线制的优越性可用图2.27加以说明。
热电阻温度变送模块的设计与实现
图 ２ 电 气 原 理 图
Ｃ 、 Ｃ 、 Ｄ。 Ｉ 组 成 稳 压 电路 ， Ｃ Ｃ 、 。 Ｄ 、 、Ｃ Ｊ 选 用 Ｌ ８ ２其输 入 电压 由 １ ～ ３ 可稳 定输 出 １ Ｍ７ １ ２ ６Ｖ ２ Ｖ， 全能 够 满 足 柴 油机 监 控 系统 中 电 子器 件 的 电 完 源 需求 。Ｌ ８ ２３端 稳 压 器 内部 电 路 复 杂 ， 大 Ｍ７ １ 放
激振 荡 。另外 ， 防止 输 入 端 窜 入 能 量 较 大 的负 向 为
干扰 脉 冲 、 出端 与 其 他 高压 端 短 路 。故在 稳 压 器 输
电源 电压 厂 ｖ
５ ）传 感 器 接 入
方式
Ｐ ０ Ｔ１ ０热 电
６ ）相 对 湿 度
的输 入 和输 出端 间跨接 １个保 护 二极 管 Ｄ 。 柴油 机起 动蓄 电池 使用 １ 时 间后 ， 段 内阻变 大 、 电压 恢复 时 间变 长 ， 造 成 在 起 动 瞬 间 电压 跌 落 严 将 重 ， 此 电源 输 入 端 设 置 隔 离 二 极 管 Ｄ 和 蓄 能 电 对
维普资讯
热 电阻温 度 变送模 块 的设计 与实 现
程 胜 革 ， 邦太 马 战群。 高 一新 朱 ， ，
（．河 南科 技 大 学 ， 南 洛 阳 ４ １３ ；２ １ 河 ７０ ９ ．河 南柴 油机 集 团有 限公 司 ， 南 洛 阳 ４ １ ３ ） 河 ７ ０ ９
２ 热 电 阻温 度 变 送 模 块 的技 术 条 件 及 要 求
１ ）电源 电压 长期稳 定工作 。 ２ ）环境 温度 使用 温度 ０ ～＋ ５ Ｃ， 存 温度 ５。 储
２～ ＋７ ℃ 。 ０ ０
级 数多 ， 开环增 益 高 ， 作 于 闭环 深 度 负 反馈 状 态 。 工
基于热敏电阻的数字温度计课程设计
目录1 绪论12 系统硬件电路设计3测温电桥电路3信号放大电路 (6)AD转换电路 (7)控制电路 (9)声光报警电路 (10)显示电路 (11)电源电路 (12)3 系统软件设计154 总结与展望 (16)参考文献 (17)1概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一;随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题;目前温度计按测使用的温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应;温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小;将输出的微弱电压信号通过OP07放大,将放大后的信号输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来;系统硬件原理图如图1—1图1—1系统框图系统硬件原理图如图1—1所示,由热电阻传感器测的外界温度,经过信号放大,然后送给模数转换,将原有的模拟信号转换为可以贝单片机识别和运算的数字信号,然后在通过软件编程通过显示电路显示出来当前所测得的温度;它的各部分电路说明如下： 1.测温模块：该部分电路主要使用测温电桥,当温度变化时,电桥处于不平衡状态,从而输出不平衡电压,为测温的基础; 2.信号处理部分：该部分电路包括电压信号的放大和AD转换,实现模数变换,以及硬件滤波;3.单片机部分：AT89C51 单片机系统是数字霍尔电流表的核心部分,主要任务有：控制TLC2543,为其提供合适的时序,使其正常工作和采集模数转换后的数字信号,使用软件滤除干扰,并对数字信号进行计算,然后输出显示;4.电源电路部分：该部分电路负责将输入的9V~12V直流电,分别转换为稳定的9V、5V、-9V直流电,给传感器,放大电路,单片机,TLC2543等供电;5.显示电路,声光报警电路：显示电路的作用是将测量的温度实时显示出来,当测量温度超过限定值时报警电路将发出声光进行报警;2 数字温度计系统硬件电路设计系统由五大部分组成：1测温电桥温量电路；2数据采集,滤波,放大,AD转换电路；3单片机AT89C51控制及数据计算电路；4电源电路；5温度实时显示电路和声光报警电路;测温电桥电路本次课程设计的测温电路为测温电桥,测温电桥的主要部分是热敏电阻;热敏电阻的主要特点是：①较高,其要比金属大10～100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化；②宽,常温适用于-55℃～315℃,高温器件适用温度高于315℃目前最高可达到2000℃,低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便,电阻值可在～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强;本次设计采用的是正温度系数的热电阻PT100,它是最常用的温度传感器之一,与其他热敏电阻相比,它的主要优点是测量精度高可精确到摄氏度,线性度好,测量范围广-200℃～650℃,性能稳定,使用方便,完全满足设计要求,所以我最终选择铂电阻PT100作为传感器;PT100温度传感器属于正电阻系数,其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：在0～650℃范围内：Rt =R0 1+At+Bt2在-200～0℃范围内：Rt =R0 1+At+Bt2+Ct-100t3式中A、B、C 为常数,其中A=×10-3；B=×10-7；C=×10-12；图2-2 电阻温度曲线图由于它的电阻—温度关系的线性度非常好,电阻温度曲线如图2-2 所示,因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro1+αT其中α=, Ro为100Ω在0℃的电阻值,T为华氏温度;Pt100是电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,然后再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度;测温电路原理图如下图所示：图如上图所示,热敏电阻RT和RA1,RB1,RC1,以及可变电阻R2组成一个测温电桥,在温度为20度时,调节R2使电桥达到平衡;当温度升高时,热敏电阻的阻值变大,电桥失去平衡,电桥输出的不平衡电压,经过滤波后,输入运算放大器,进行放大处理;电桥的分析：电桥原理图：电桥灵敏度的分析：当各桥臂发生微小变化时,电桥失去平衡,其输出为：信号放大电路本次课程设计,放大模块采用的是OP07放大集成电路;OP07芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路;由于OP07具有非常低的输入失调电压对于OP07A 最大为25μV ,所以 OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施;OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为±2nA 和开环增益高对于OP07A为300V/mV的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得 OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面;OP07具有以下特点：超低偏移： 150μV最大 ;低输入偏置电流： ;低失调电压漂移：μV/℃ ;超稳定,时间： 2μV/month 最大高电源电压范围：±3V至±22VOP07的引脚分布如下图所示：OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡调零端,2为反向输入端,3为正向输入端,4接地,5空脚 6为输出,7接电源+;OP07放大电路的电路原理图如下所示：如上图所示,将测温电桥的输出用差分的方式输入OP07,放大60倍以获得合适的AD输入电压;AD转换电路此次课程设计的AD转换电路,负责将放大后的模拟电压信号转化为可供单片机识别的数字信号;主要采用TLC2543.TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程;由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用;2TLC2543的特点：112位分辩率A/D转换器；2在工作温度范围内10μs转换时间；311个模拟输入通道；43路内置自测试方式；5采样率为66kbps；6线性误差±1LSBmax；7有转换结束输出EOC；8具有单、双极性输出；9可编程的MSB或LSB前导；10可编程输出数据长度;TLC2543的引脚分布如下图所示：引脚说明1电源引脚Vcc ,20脚:正电源端,一般接+5V;GND,10脚:地;REF+,14脚:正基准电压端,一般接+5V;REF-,13脚:负基准电压端,一般接地;2控制引脚CS,15脚:片选端,由高到低有效,由外部输入;EOC,19脚:转换结束端,向外部输出;I/O CLOCK,18脚:控制输入输出的时钟,由外部输入;3模拟输入引脚AIN0～AIN10 ,1～9脚、11～12脚:11路模拟输入端,输入电压范围:～Vcc+;4控制字输入引脚DATA TN PUT,17脚:控制字输入端,选择通道及输出数据格式的控制字由此输入;5转换数据输出引脚DATA OUT ,16脚:A/ D 转换结果输出的3态串行输出端;TLC2543在本设计的电路原理图如下所示：控制电路AT89C51单片机最小系统由AT89C51单片机及其外围电路组成,是数字温度计系统的核心;AT89C51单片机在高温环境中稳定性好,支持在线编程ISP,无需专用的编程器,方便调试.AT89C51单片机对很多嵌入式控制应用提供了一个高灵活有效的解决方案;它的作用是控制TLC2543进行模数转换、形成必要的时序、进行数据计算以及控制数码管显示;AT89C51单片机各个引脚分布如图所示：图1 图2图3图1为单片机的晶振电路,图2为单片机的复位电路,图3为单片机的引脚分布及各引脚的接口,单片机采用5V供电;D1为单片机上电电源指示灯,为报警指示灯的接口,为报警蜂鸣器的接口,为74HC373的8位数据接口,X1,X2为晶振电路的接口,与晶振电路相连;为TLC2543的控制端口,为显示数码管的为位选控制端口,RST为单片机的复位端口,与复位电路相连;声光报警电路当测量的温度超过限定值时,声光电路将进行声光报警,提醒操作人员及时进行处理,避免系统长时间工作在高温情况下,影响系统的性能和使用寿命;声光报警电路由一个发红色光LED灯和蜂鸣器构成;电路原理图如下所示：声光报警电路显示电路显示电路由8位锁存器74HC373,4个八段数码管构成,74HC373的8个输出口分别与各个数码的8个段选端口相连;经过单片机P0输出的8位数据,进入74HC373中,先锁存,再通过单片机的口来选择要显示的位,即控制数码管的位选,通过以上所述来达到实时显示温度的目的;显示电路原理图如下所示：74HC373是八位D型锁存器,其的逻辑图和引脚排列图如下：由图可见它是三态输出结构,1引脚为输出使能控制信号端,当1引脚为低电平时,8个输出三态门导通；当其为高电平时,输出三态门为高阻态;74HC373内部集成有8位D型锁存器,1D,2D,```````8D是8个数据输入端,CP是锁存控制信号;在输出使能信号CS=0情况下,若CP为高电平,输出Q跟随输入数据D变化而变化,即D=0,Q=0,D=1,Q=1,若CP为低电平,输出Q的状态被锁存在CP变0之前时刻各相应数据输入端的电平上,当CS=1时,输出虽然为高阻态,已有的锁存数据仍然保留,新的数据也可以进入,因而输出使能信号CS不影响内部锁存功能;电源电路电源是整套系统工作的基础,要实现温度的精确测量与显示跟一个合适的稳定的电源是密不可分的,由系统组成可知,系统要正常工作需要一个稳定的+5V 电源,用来给测温电桥,单片机,显示模块,AD模块供电,要实现信号的放大还需要给放大模块提供稳定的+9V ,-9V电源;电源模块的电路原理图如下所示：由原理图可知,220V交流电经过变压,整流,滤波后分成两个支路,一路经过滤波后输入LM7809,另一路进过滤波后输入LM7909C1、C7分别为7809和7909的输入滤波电容,两路的输出经过滤波C2和C8分别为滤波电容,去高频耦合C5和C10为去耦电容后分别提供+9V,-9V稳定电压,其中路经LM7809的支路,输出后又经LM7805稳压输出+5V电源,通过上述的电压变化可以达到电路的需求;常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ××系列和负电压输出的79××系列;顾名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端;它的样子象是普通的三极管,TO- 220 的标准封装,也有9013样子的TO-92封装;用78/79系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜;该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如7806表示输出电压为正6V,7909表示输出电压为负9V;7805和7809的封装与管脚图如图1所示,7909的封装与管脚图如图2所示图1 图2在实际应用中,应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器当然小功率的条件下不用;当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏;散热片总是和接地脚相连;这样在78系列中,散热片和②脚连接,而在79系列中,散热片却和①脚连接;78系列的稳压集成块的极限输入电压是36V,最低输入电压比输出电压高3-4V;还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗,所以一般输入为9-15V 之间;7909的参数如下图所示：3 数字温度计系统软件设计软件总体流程设计软件设计采用c语言编程,运用模块化程序设计思想,对不同功能模块的程序进行分别编程,以便移植或调用,这样使软件层次结构清晰,有利于软件的调试修改;系统程序构建数字温度计系统软件部分采用模块化设计思想,将系统分为主程序、初始化处理模块、中断检测模块、延时处理模块、数据处理模块、显示模块,其软件系统的主程序实现流程如下图所示：NO4 总结与展望数字温度计是为了测温而设计开发的;在单片机技术与热敏电阻的巧妙结合下,可以有效测出温度,并实时数字显示,当温度超过限定值时会及时发出报警,提高了操作的安全性,同时为测量人员提供了方便;本文设计应用中,主要进行了以下几方面的工作:1 本文在前半部分详细叙述了利用热敏电阻,组成测温电桥的测温的原理及为何选用PT100,使我更加了解本设计的设计目的及要求;2 在了解热阻效应和PT100的工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案,并对系统中遇到的不同的场景进行了分析；3 完成了数字温度计系统的硬件选型和电路设计；4 完成了系统的软件流程图设计；本文通过对数字温度计系统的设计过程及计算得出如下结论:本系统对有限温度范围内的温度测量具有较高的精度,实现了测量温度显示和超出限定温度报警功能,其主要技术指标达到了系统设计要求；本文关于数字温度计的设计,虽然可以满足广大普通客户的需求,也做了一些尝试性的探索工作,但是还存在很多不完善的地方,仍有许多方面有待进一步深入研究:１需要对热敏电阻的线性度和系统电路设计的可靠性进行进一步的研究；２本文在系统的精度方面研究非常局限,并没有做到非常精确,这就要求以后在这方面还有更近一步研究;３本次课程设计的数字温度计的测量范围具有很大的局限性,只是在理论上通过了,在实际电路中必将遇到很多问题,在硬件电路中如电源的稳定输出,滤波等方面有待很大的改善;。
热电阻测量电路及应用
铂热电阻测温的常规方法是将铂热电阻接到 电桥的一个桥臂上，通过测量不平衡电桥的 输出得到温度值。
电桥构建注意的问题：电桥地与电源地不能 共地；电源必须是恒压源，不允许有电压波 动，因此不能直接与外界的地相连
参数的考虑：兼顾（铂热电阻）热惯性和 （输出电压）灵敏度；a、电流大小的考虑 b、电源电压的选择 c、标称阻值的选择 d、调零电位器R9材质的选择（线绕电阻，康 铜）
热电阻的测量电路及应用
一、热电阻： 热电阻的测温原理：
基于金属导体的电阻值随温度的增加而 增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前用得最 多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铟、 镍、锰和铑等材料制造热电阻。
在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温 区最常用的一种温度传感器: 铂热电阻的测温的范围：一般为零下200800摄氏度。 铜热电阻的测温的范围：一般为零下40到 140摄氏度。
下表为PT100在0 ℃ --- 199 ℃范围内的分 度表：可以看出铂热电阻在0 ℃ --- 200 ℃ 的温度范围内，具有良好的温度-电阻特性， 近似线性关系，因此通常计算时可采用近似 公式。
二、测量电路： 工业上，广泛
应用铂热电阻作为 -200℃ --- 800℃ 范围的温度测量。 优点：灵敏度高,稳 定性强,互换性以及 准确性都比较好,也 可以远传电信号 缺点：热惯性大， 需要外加电源激励, 不能够瞬时测量温 度的变化。
当R1=R2时，导线电阻的变化对测量结果没有 任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来 的测量误差。
注意:前提
1)必须为等臂电桥
2)并且在电桥平衡状态下 公式成立。
否则不可能完全消除导线电阻的影响，但尽管 如此，采用三线制仍可大大减小导线电阻带 来的附加误差，工业上一般都采用三线制接 法。
温度传感器应用电路
R2
R1
Es
A
R3
r r Rt
r
桥臂
图中Rt 为热电阻；r为引线电阻； R1 ，R2为固定电阻； R3为调零精 密可变电阻。调使Rt0= R3 ，（ Rt0：热电阻在0 ℃时旳电阻值） ，在0 ℃时，（R3+r）* R1=（ Rt0+r）* R2电桥平衡。测量时， Rt阻值变化时，从电流表中即可有 电流流过。
C2 IN 4733103
3. Pt100三线法性测量电路
仪用放大器
图8.3.6 热电阻旳三线测温原理图
4. Pt100四线法性测量电路
图8.3.7 热电阻旳四线测温原理图
其他应用请读者参照教材。
5. 工业流量计
当液体不流动时，两个 铂电阻等温，电桥平衡
流动环境 铂电阻
4
不流动环境 3
铂电阻
当液体流动时，铂电阻4温度随流速变化，铂电阻3温 度不随流速变化，流体速度将引起电桥旳不平衡输出。
热敏电阻
气体
热敏电阻用旳恒定电流加热，一方面使本身温度升高，另一方面也向周围介质散热，在单位时间 内从电流取得旳能量与向周围介质散发旳热量相等，到达热平衡时，才干有相应旳平衡温度，相 应固定旳电阻值。当被测介质旳真空度升高时，玻璃管内旳气体变得稀少，气体分子间碰撞进行 热传递旳能力降低，热敏电阻旳温度就会上升，电阻值随即增大，其大小反应了被测介质真空度 旳高下。
4.单相异步电 机开启
工作绕组 开启绕组
图8.2.4 热敏电阻测量单点温度原理图
电动机刚起动时，PTC 热敏电阻还未发烧 ，阻值很小，起动绕组处于通路状态，对 开启电流几乎没影响，开启后，热敏电阻 本身发烧，温度迅速上升，阻值增大；当 阻值远不小于开启线圈 L2 阻抗时，就以 为切断了开启线圈，只由工作线圈 L1 正 常工作。此时电动机已起动完毕，进入单 相运营状态。
Pt100热电阻的测温电路
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊黄山学院课程设计说明书专业：自动化班级： 12自动化卓越班学生姓名：史敬德指导教师：钱庆文成绩：课程计划任务书2014 年 6 月 6 日┊┊┊Array┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。
根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。
传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
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目前，热电阻和热电偶是工业生产过程自动化最常用的两种温度传感器。
热电阻由于在测量的灵敏度、线性度等诸多方面均优于热电偶，因此，在中低温区得到了更广泛的应用。
传统的不平衡电桥作为电阻温度变送器（如铜热电阻、铂热电阻等）的测量电路，在温度测量和控制中起着极其重要的作用。
这种电路也经常作为单片机的一种前向通道接口使用，进而构成智能化测量控制仪表，但是，不平衡电桥中存在的非线性特性一直是人们需要彻底解决的问题。
除此之外，在设计中，还要考虑自热温升、引线电阻、零点迁移等因素。
对于热电阻的测量，人们进行了大量的研究，也发表了很多的文章，在对这些成果进行借鉴的基础上，本文提出了一种新型的热电阻测量电路，具有通用性强、测量精度高、电路简单等特点。
2 电桥非线性分析
电桥是在工业测量过程中进行电阻—电压转换的常用电路，具有结构简单及良好的动态品质。
但存在的问题是桥臂电阻和电桥输出电压之间的非线性。
产生ΔR的变化时，电桥输出电压变化为：如图2—1所示，在桥臂电阻R
2
显然，上式的分母项是产生非线性的根本原因。
而该分母项的产生，其原因是当R2发生变化时，该侧桥臂上的电流也相应的发生变化。
如果保证该侧电流恒定，那么，电压与电阻的关系就是线性的。
基于这种思路，作者利用恒流源设计了热电阻测量电路，下一部分将进行重点说明。
3 热电阻测量电路设计与分析
在图3—1中左侧为恒流源电路，为了便于说明，将其分离出来如图3—2所示。
通过反馈网络对取样电阻上的电压取样，然后，与基准电压比较，得到一个误差，
将此误差用放大器放大后去控制调整管，改变调整管c－e之间的电压降，达到恒流的目的。
R S 为取样电阻，当电流I流过R
S
时，R
S
上压降为V
RS
，有：
V RS ＝I×R
S
（3—1）
V
RS 与I成正比。
当I变化时V
RS
一定朝着相同的方向变化。
有：
V
P ＝V
REF （3-2）
V N ＝V
RS
（3—3）
其中，V
P
为比较放大器的同相输入端电压，V
N
为反相端输入电压。
在理想的情况下，对于运算放大器来说，有： V
P
＝
V N （3—4） V
RS
＝V
REF （3-5）
即：V
RS ＝V
REF
（3—5）因此，从理论上说，有
I＝V
RS ／R
S
（3—6）
实际上，由于比较器的放大倍数非常大，输入阻抗也非常高，电流源电路是根据
V RS 来调整调整管的导通状态，从而得到恒流的目的：当I变大时，V
RS
增大，由于V
REF
不变，因此比较器的输出下降，调整管基极的电流会变小，从而I下降；I变小时，调整过程正好相反。
下面是对恒流源的特性进行的分析。
对于图3—2，设比较器的输出电压为V
O
，
比较器的开环放大倍数为A，调整管基极电流为I
b ，集电极电流为I
c
，发射极电流为
I
e。
因此有：
整理后可得：
由式（3—14）可得出恒流I可以近似的看作只是V
REF 和R
S
和函数，而与其他参
数无关。
在使用过程中，即使某些器件的参数有所变化，如运算放大器的开环放大倍数A发生变化，也不会影响到恒定电流I的数值。
在图3—1中，R
1，R
2
半桥的电流I
1
是由串联调整恒流源提供的稳定电流。
通过
使用电压跟随器IC1 B，使R
1，R
2
半桥与R
3
，R
4
半桥相互隔离，即电流I
1
与R
3
，R
4
半
桥的电流I
2
无关；而两半桥的电压相等。
热电阻R
1
采用了三线制接线方式连接，3条引线的电阻均为r，其中两个引线电
阻分别包括在R
1支路和R
2
支路中，另外一个引线电阻与电桥的输出端相连接，因为
该输出端与输入阻抗极高的放大器相连接，所以，这个引线电阻可以忽略不计。
电桥的各部分电压差分别为：
当热电阻R
1的阻值因被测温度的改变而改变时，即R
1
＝R
＋ΔR，电桥偏了原来的
平衡状态，此时，电桥的输出电压为：
式中I
1
为前述恒流源提供的恒定电流，可见ΔU与ΔR成线性关系，克服了不平衡电桥桥臂电阻与输出电压的非线性。
IC1 C和IC1 D组成两个电压跟随器，输入阻抗极高，以保证在测量过程中不影响两个半桥的电压和电流。
电桥的输出为差压，IC2构成的减法器，将电桥输出进行放大：
这样，通过测量U
O 就可知热电阻的阻值变化，而且，U
O
与ΔR具有线性关系，完
全消除了传统的不平衡电桥的非线性误差。
同时电桥输出电压U
O
的表达式中不包括引线电阻r，只要使相邻桥臂中连接的两条长导线的材料、截面积、长度以及工作环境相同，在电桥的任何工作状态下，都能完全消除引线电阻及其温漂对电桥输出电压的影响。
在图3—1中通过改变R
2
的阻值可以改变电桥的平衡点，参看式（3—22）的条
件R
2＝R
，将R
2
调整到热电阻零点温度对应的阻值，就可以改变热电阻测量的零点温
度，从而，提高了实际应用的灵活性，解决了零点迁移问题。
另外，对于不同分度号的热电阻，通过改变R
2
的阻值，该电路都可以使用。
这就使这个电路具有很强的通用性。