热电阻测量电路
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”。
热电阻测温电路框图和原理图
热电阻测温电路框图和原理图
大家都曾年轻过，我曾在研一的时候做过一个热电阻测量电路，这里我先把所有的系统框图和电路图贴出来，把当初的设计思路整理出来，在后面我会把所有的设计失误提出来，不合理的地方和误差计算都整理出来，也算是对我告别仪器工程的一个标志吧。
这个电路设计思路是在0~650℃的温度范围内完成PT100热电阻的测量，用的场合在军舰的锅炉房，大概-20~55甚至65degC都是可以达到的，主要完成从电阻到电压的过程。
大致分两个方案
1。
电桥激励的方法（不补偿非线性）
2。
通过运放电路调节电阻的激励电流补偿非线性
系统框图如下
具体电路图如图：
第二种方法系统框图如下
原理图如下：。
热电阻的测量电路及应用(实验用)全
温度（℃） PT-100阻值（Ω） 理论电压（V） 实际电压（V） 相对误差（%）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
3、实验过程中用电阻箱代替铂热电阻以模拟 温度变化导致的铂热电阻阻值变化
4、根据实验提供的仪器设备合理分配设计电 路的电源地线和电桥地线
实验调试步骤： 1、电桥调零（粗调） 2、电桥调零（细调） 3、电桥调满度 4、电桥线性度测定
实验测量数据：
测温电桥供电电压（V）
LM324供电方式及电压（V）
VCC
VCC
-VCC
R1
R2
10k
10k
R6
C3
510
0.1u
R7
510
C4
0.1u
IC3
11 7
PT100
R4
510
PT 1 0 0
R0
C1
C2
200
22u
0.1u
R5
510
5
+
7650
4
-
U0
10
R9
C7
4.7K
10u
1 8 2
C5
C6
7650
0.1u
0.1u
R12 150
1、工作原理： 2、放大倍数计算：
电源地与电桥地的问题 4、参数选择： a、测温电桥：调零电位器参数的选择 b、放大器电路：7650（低温漂，高增益，高输
入阻抗）
实验要求：
1、查找资料，明确放大器LM324 的供电模式、 输出电压与供电电压之间的关系
2、请用LM324代替参考资料中的放大器器件 7650，重新设计电路及确定电路的参数
常见热电阻测量电路的分析与比较
常见热电阻测量电路的分析与比较摘要：在工业生产现场中，热电阻是一种重要的测量传感器，需要通过导线将测量信号传递到控制系统中，因此本文通过分析比较三种常见的接线方式，来说明导线对热电阻测量电路的影响。
关键词：接线方式；二线制；三线制；四线制一、背景介绍随着社会的发展，工业技术也不断进步。
在很多工业领域中，热电阻是一种将温度变化转化为电阻值变化的一次元件，在工业生产现场中，需要通过导线将电阻值信号传递到计算机控制系统中或其他仪表上。
由于其安装地与控制地存在一定的物理距离，不能忽视热电阻引线对其测量结果产生的较大影响，因此研究热电阻的接线方式具有重要意义。
二、常见测量电路的分析目前在生产中，常见的热电阻测量电路接线方式主要有三种：二线制、三线制和四线制。
这三种接线方式由于自身的优缺点应用于不同的场合，接下来将详细介绍这三种接线方式。
2.1 二线制接线电路二线制的接线方式就是从热电阻的两端各引出一根导线接入测量电路，从而导出电阻信号，这是热电阻最简单的一种接线方式，该测温原理图的等效电路图如图2-1所示。
其中，r为两根连接导线的电阻；为热电阻，是系统的感温元件；R为固定电阻，与热电阻及导线电阻构成惠斯通电桥。
图2-1 热电阻二线制等效电路图根据等效电路可以得出，显示仪表两端的电压：式2-1根据式2-1得出：式2-2在上式2-2中，R为测量电路中的已知量，可测量得出，因此，测量的距离较短或者在测量精度要求不高时，可以将导线电阻r忽略，视为r=0。
这时就可得出：式2-3采用二线制时，其一，并没有考虑导线电阻，但现实中导线电阻必然存在，导致较大的误差；其二，若采用这种电路进行精密温度测量，整个电路还必须在使用温度范围内。
因此这种接线方式只适合用于测量精度要求较低、传送距离较短的情况。
2.2 三线制接线电路三线制的接线方式是将一根导线从热电阻的根部引出，接到电桥的电源端；从另外一端引出两根导线，这两根导线分别接到热电阻所在的桥臂以及与其相邻的电桥桥臂上，等效电路图如图2-2所示。
热电阻测量电路
1、二线制接法采用两线制得测温电桥如图所示:(a)为接线示意图,(b)为等效原理图。
从图中可以瞧出热电阻两引线电阻RW与热电阻RW一起构成电桥测量臂,这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起得阻值变化量2△RW与因被测温度变化引起热电阻Rt得增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号,从而影响温度测量精度。
(a)示意图(b)等效原理图分析两线制由于引线电阻得误差图中,r为引线得电阻,Rt为Pt电阻,其中由欧姆定律可得:当Rr=Rt时(电桥平衡),V0=-I2*2r 。
从V0得表达式可以瞧出,引线电阻得影响十分明显,两线制接线法得误差很大。
//由于连接导线得电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻得电阻值中,使测量结果产生附加误差。
如在100℃时Pt100热电阻得热电阻率为0、379Ω/℃,这时若导线得电阻值为2Ω,则会引起得测量误差为5、3 ℃。
2、三线制接法三线制接线法构成如图所示测量电桥,可以消除内引线电阻得影响,测量精度高于两线制。
目前三线制在工业检测中应用最广。
而且,在测温范围窄或导线长,导线途中温度易发生变化得场合必须考虑采用三线制热电阻。
(a)示意图(b)等效原理图三线制接线法由图1-13所示,由欧姆定律可得:当Rr=Rt时,电桥平衡,I1=I2,V0=0。
可见三线制接线法可很好得消除引线电阻,提高热电阻得精度。
3、四线制接法如图所示,在热电阻感温元件得两端各连两根引线,此种引线形式称为四线制热电阻。
在高精度测量时,要采用如图所示四线制测温电桥。
此种引线方式不仅可以消除内引线电阻得影响,而且在连接导线阻值相同时,可消除该电阻得影响,还可以通过CPU定时控制继电器得一对触点C与D得通断,改变测量热电阻中得电流方向,消除测量过程中得寄生电势影响。
四线制测量方式不受连接导线得电阻得影响、当测量电阻数值很小时,测试线得电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另两条测试线测量未知电阻得电压降,在电压表输入阻抗足够高得条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上得压降,计算得出电阻值(a)示意图(b)等效原理图在热电阻得根部两端各连接两根导线得方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。
热电阻温度测量电路的研究
ＲＥ Ｆ
图 ３ １四线制 测溢 电路 －
图 ３２ 二线 制 测温 电路 －
－
１０ ４
维普资讯
中国科技信息 ２０ 年 第 １ 期 ０８ ６
Ｃ Ｉ ＣＥＣ ＴＣＮ ＬＧ ＩＯ Ｍ ＴＯ ｕ． ０ ＨＮ Ｓ Ｉ ＥＡ Ａ Ｎ ＥＨ Ｏ Ｏ Ｙ Ｉ＇Ｒ Ａ Ｉ Ａ ｇ２ ８ ￣ Ｎ ０
极 灯被 点亮之前 ，影射到激励 电感线圈上 得电阻不能认 为是开路 ，而是一个较小的
数值。正是 由于无极灯在点火阶段的影射 电阻 Ｒ 比 较 小 ，通 过 式 （） 以 看 出 ，点 ９可 火 电压也大大下降 ，从而增大 了无极灯点 火的难度。 为此 ， 在无极灯中采用两个激励
的功率 。因而在点火阶段 ，激励电感磁芯 中 的磁 感 应 强度 最 大 ，但 决 定 磁 芯 温 度 高 低 的主要 因素是无极灯稳定工作时激励电 感磁芯中的磁感应强度。为 了避免激励 电 感磁芯饱和 ， 防止磁芯过热 ， 应该限定激励 线 圈磁芯中的磁感应 强度。为 了增强无极
响。恒 流源必须保证 电流稳定不变 ，而 且 其值的精 确度应 该和测量精确 度相 适应。 两种接法都必须从热电阻感温体的根 部 引 出 ，不能 从热 电阻的 接线 端 子上 分 出。因为从感温体到接线端子之问的导线
＋
导线沿途的环境温度而变的 ，环境温度并 非处处相同 ，且 又变化莫测。
１ ．引言
工业用热电阻安装在生产现场 ， 而其测 温电路板安装在控制室 ， 其间的引线很长， 如 果仅用两根导线接在热 电阻两端 ， 导线本 身 的阻值势必和热电阻的阻值 串联在一起 ， 造 成测量误差。 如果每根导线的阻值是ｒ测量 ， 结果 中必然含有绝对误差 ２ 。尤其令人遗 ｒ 憾的是， 这个误差很难修正 ， 因为ｒ 的值是随
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”。
热电阻的测量原理
热电阻的测量原理
热电阻的测量原理是根据电阻与温度之间的线性关系，利用热电效应来测量温度。
热电阻的测量原理可以简述为：
1. 热电阻是一种电阻材料，在一定温度下，其电阻值与温度成正比。
2. 当热电阻材料受热时，温度升高导致电阻值增加；反之，当热电阻材料被冷却时，温度降低导致电阻值减小。
3. 热电阻测温的原理就是利用这种温度与电阻的线性关系，通过测量电阻值来推算温度的变化。
具体来说，热电阻的测量通常使用一个电桥电路。
电桥电路由一个精密电阻、一个热电阻和参考电阻组成。
在测量中，通过供电使电桥电路工作。
当热电阻温度变化，其电阻值发生变化，则电桥电路产生差压，这个差压可以通过检测电路测量。
测得的差压值与温度成正比，即可通过比例关系得到温度的数值。
需要注意的是热电阻的测量精度受到温度漂移、线性度、灵敏度等影响，因此在实际测量中需要对这些因素进行校准和补偿。
pt1000热电阻温度测量
1 工作原理本系统可以分为五大部分：热电阻温度采集、运行状态显示、继电器控制、键盘输入、风向步进电机控制。
2.1 热电阻温度采集热电阻传感器以其温度特性稳定、测量精图1 Pt1000热电阻温度测量电路度高的特点，在大型中央空调得到了广泛的应用。
采用Pt1000热电阻作为温度传感器的测量电路原理图如图1 所示。
热电阻Rt 与三个电阻接成电桥。
当温度变化时，使得运算放大器的同相输入端的电位发生变化，经过运算放大器放大之后输入到Atmega16单片机进行AD 转换。
由于单片机采用5V 电压作为ADC 的参考电源，而电桥在温度变化为0～100°C 时，输出电压范围为0～0.7V ，所以确定运算放大电路的放大倍数为7,以获得最佳的测量结果。
运算放大电路的电阻按以下公式确定：71045==iu u R R ＋ 456//R R R =取Ω===860,1,6645R k R k R 。
输出电压变化范围大致是0～5V 。
由于ADC 的转换精度为10,故当输入电压为5V 时，其采样值为1023,根据电桥平衡原理，可得到以下公式：)21(1023750-+•=•t t R R R U N V （1） 其中，N ——ADC 数据寄存器的值，U ——电桥电源电压，0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。
Pt1000热电阻的阻值按以下公式计算：:)1(20t B t A R R t ⋅+⋅+= （2）Rt ——温度为t 时铂热电阻的电阻值，Ω；t ——温度，℃；0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。
A ——分度常数，A ＝0.0038623139728B ——分度常数，B ＝-0.00000065314932626用Visual 根据以上公式（1）、（2）生成用N 来查找温度t 的程序表格，其代码如下：Private Sub Pt1000()Me .Cursor = Cursors.WaitCursortxtTab.Clear()Dim U As Integer = 9 '电桥电源电压'热电阻0度时的电阻值Dim Pt1000_R0 As Integer = 1000Dim n As IntegerDim sngT As SingleDim sngRt As SingletxtTab.AppendText("const float Pt1000Tab[]={" & Chr(13) & Chr(10))For n = 0 To 1023sngRt = (10000 * n + 7161000 * U) / (7161 * U - 10 * n)sngT = (-const_A + Sqrt(const_A ^ 2 - 4 * const_B * (1 - sngRt / Pt1000_R0))) / (2 * const_B)If n < 1023 Then txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & ", /* " & n &" */")Else txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & " /* " & n & " */" & Chr(13)& Chr(10) & "};")End IfIf n Mod 5 = 0 ThentxtTab.AppendText(Chr(13) & Chr(10))End IfNexttxtTab.SelectAll()txtTab.Copy()Me .Cursor = Cursors.DefaultEnd Sub生成的程序常数表格（1024个值）部分如下：const float Pt1000Tab[]={0.0, /* 0 */ 0.1, /* 1 */0.2, /* 2 */0.2,……63.4, /* 696 */63.5, /* 697 */……99.3, /* 1022 */99.4 /* 1023 */};2.2 运行状态显示本系统采用一块16×4的字符型液晶模块，这种类型的LCD应用很广泛，其控制驱动主芯片为HD44780及其扩展驱动芯片HD44100（或兼容芯片），少量阻、容元件，结构件等装配在PCB板上而成。
基于三线制的高精度热电阻测量电路设计
基于三线制的高精度热电阻测量电路设计热电阻传感器是一种电阻值随环境温度变化而改变的温度传感器，其中用金属铂做成的热电阻因具有稳定性好、精度高、测温范围大等优点，而被广泛应用。
测量温度的热电阻测温仪主要由热电阻传感器、测量显示仪表及连接导线组成。
由于热电阻传感器自身的温度灵敏度较低，连接导线所具有的线路电阻对测量结果影响不容忽视，为了消除导线电阻的影响，热电阻测温仪广泛采用平衡电桥式三线制接法，这种方法使温度误差得到一定的补偿，但线路电阻的影响依然存在。
提出基于恒压分压式三线制导线电阻补偿方法，电路简单，实现方便，可完全消除导线电阻的影响。
相比于文献所提出的使用较多的硬件电路进行导线电阻补偿方法，该方法具有更加简洁的导线电阻补偿电路。
1 常用热电阻测量方法分析对于Pt100 铂热电阻，国际温标BS-90 中给出其阻值随温度变化关系如式(1)所示。
式中，Rt 为热电阻在温度为t℃时的阻值，R0 为热电阻在温度为0℃时的阻值，R0=100 Ω，A=3．968 47 乘以10-3℃-1，B=-5．847x10-7℃-2，C=-4．22x10-12℃-3 是与传感器自身相关的系数。
由式(1)可知，Pt100 热电阻的灵敏度约为0．38 Ω／℃，为减小连接导线的线路电阻对测量结果的影响，一般常用三线制电桥法进行测量。
VR=1 V 其电路原理如图1 所示。
Rt 为测温电阻，r 为连接导线电阻，R1、R2、R3 为固定桥臂，R1=R2=1 000 Ω，R3=100 Ω，VR 为基准参考电压，G 为测量仪表。
在该电路中，3 根导线分别连接传感器桥臂、电阻桥臂和输出端。
采用这个方法可以很容易地测出待测电阻Rt。
但是，在实际使用时，温度传感器和测温电路之间往往有一定距离，连接导线的电阻率约为0．1～0．5Ω／m，连接导线电阻r 所引起的测量误差不能忽视。
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。
热电阻测量电路的研究与比较
Ｒｌ
图 ３ 四线 制 平 衡 电 桥 测量 电 路
Ｒ ２ ・ （ Ｐ ｃ＋ 皿１ ） ＝Ｒ ３ ・ （ Ｒ １ ＋Ｒ Ｌ ４ ） ／ ／ ｆ ￣ 点１
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３—１ １ —１ ５
《 计量与阚试技， ／ ： ） ２ ０ １ ４羊第４ １卷第３ 期
令 Ｒ２ ＝Ｒ ３ ， 则 ＋Ｒ Ｌ １ ＝Ｒ １ ’ ＋Ｒ Ｌ ４
Ｒ１ ・ Ｒ ３＝Ｒ ２ ・ （ Ｒ ｔ ＋Ｒ Ｌ １ ＋Ｒ Ｌ ２ ） ／ ／ ］ ￣线 制
Ｒｌ
图 ２ 三线 制 平 衡 电 桥 测 量 电 路
令 Ｒ ２＝Ｒ ３ ， 则 Ｒ１ ＝Ｒ ｔ ＋Ｒ Ｌ １ ＋Ｒ Ｌ ２ （ Ｒ１ ＋Ｒ Ｌ ３ ） ・ Ｒ ３＝Ｒ ２ ・ （ Ｒ ｔ ＋Ｒ Ｌ １ ） ／ ／ 三线制 令 Ｒ ２＝Ｒ ３ ， 且 Ｒ Ｌ １ ＝Ｒ Ｌ ３ ， 则 Ｒ１ ＝Ｒ ｔ
Ｕ＝Ｅ ＊（ Ｒ ２ ／ （ Ｒ１＋Ｒ ２＋Ｒ Ｌ １ ）＋Ｒ３ ／ （ Ｒ ｔ＋Ｒ ３＋
Ｒ Ｌ ２ ） ）
令Ｒ ２ ＝Ｒ ３ ， 碰ｌ ＝Ｒ Ｌ ３四个电阻值作为已知量 ， 当 Ｒ ｔ 为Ｏ Ｑ和 １ ０ ０ ￣ ２ 时， 采集对应 的 Ｕ Ｏ 和 Ｕ Ｉ Ｏ ０ ， 进一步求 解方程消去式 中的 魁 值 ， 这样根据 ｍ Ｖ表采集到的 值就可以计算 出对应 的 值 。这种方式可 以作 为单 片
磙 弘 热 电 隘 测 量 电路 的研 究 与 比较
热 电阻测 量 电路 的研 究 与 比较
陈 弘
（ 沈 阳市质量技术监督局 ， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ １ ７ ９ ）
摘 要： 本文研究 比较了热电阻二线、 三线 和四线制接线方式下 ， 平衡 电桥法 、 非平衡 电桥法、 恒压法及恒流法 四种典 型测 量电路 的实现方式 。对非平衡 电
pt100热电阻传感器测温电路1
目录一、任务 (2)二、原理 (2)2.1基本原理 (2)2.2设计方案 (3)2.3原理框图 (3)三、内容 (4)3．1参数计算 (4)3．2器件选择 (5)3．3 电路图 (6)3. 4 测试数据及分析 (6)四、心得体会和建议 (7)pt100热电阻传感器测温电路一、任务1．了解并且动手制作pt100热电阻传感器2．可以熟练的使用pt100热电阻传感器测量温度的变化。
3．了解pt100热电阻传感器的工作原理及其使用方法。
4．学习pt100热电阻传感器的应用。
二、原理2.1基本原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
它的主要特点是测量精度高，性能稳定。
其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
热电阻的测温原理是导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铜和铂，铂属贵重金属,具有耐高温、温度特性好、使用寿命长等特点,因而得到广泛应用。
表2-1 电阻PT100分度表由表可见，阻值与温度之间的关系是非线性,即:Rt = R0 ( I +αt +βt2 ) ( t在0～630℃之间)式中: Rt —铂热电阻的电阻值,Ω; R0 —铂热电阻在0℃时的电阻值, R = 100Ω; α—一阶温度系数,α= 3.908 ×10 -3 ( ℃) β—二阶温度系数,β= 5.802 ×10 -7 ( ℃) 在实际测温电路中,测量的是铂电阻的电压量,因而需由铂热电阻的电阻值推导出相应的电压值与温度之间的函数关系,即Ut = f (Rt ) = f[ f ( t) ]2.2设计方案铂热电阻测温电路的总体方案为:依据铂热电阻阻值的测量从而计算出(测量)实际的温度。
为了提高测量精度,减少误差,采用三导线单臂电桥测量,测量电压是毫伏级。
为此测量电压必须经过放大器放大后,才能输入到微机A /D或V /F 部分进行计算机处理,从而实现微机数字化温度测量,提高测温的准确性.2.3原理框图PT100测温电路由输入电路、单臂电桥测量电路、运算放大电路、输出电路四部分构成，其原理框图如图2—1所示：图2—1 PT100测温电路原理框图三、 内容3．1参数计算1.R0、R1、RT 构成桥式电路，如图3—1所示：图3—1 三线制接法2.差动放大电路如图3—2所示：图3—2单臂电桥单臂电桥的输出电压为：()()0111R R R R RR E t out ++∆⨯=图3—3 放大电路运算放大电路放大倍数：1.71827=++=R VR R G3．2器件选择1. 差动放大器OP-07 1个2.电阻100Ω 3个 ；1k Ω 1个；5.1k Ω 1个；1 k Ω 3个；2 k Ω 1 个3. 电容1uf 1个4. 热电阻Pt100 1个5. 电位器 2个6. 10V 直流稳压电源7. 导线若干3．3 电路图图2 pt100热电阻传感器原理图3. 4 测试数据及分析表3—1 试验数据2结果分析：测量出的电压输出值与其理论值有些出入，分析原因可能及改进方法有以下几点：（1）.在万用表测量其输出电压时，不同的时刻读到的值不同，造成一定误差。
一种多路热电阻温度测量电路的设计
一种多路热电阻温度测量电路的设计概要：本电路是一种用热电阻精确测量温度电路的设计方法，新颖之处在于用单个恒流源作为驱动就可将多路热电阻的阻值的变化线性地转换为电压的变化。
并且可以保证测量精度。
电路可靠实用稳定，性价比高。
热电阻为3线制，热电阻的导线电阻自动去除，零点可以任意调整设置，并可以实现远距离测量变送。
三线制热电阻的一般测量方法用热电阻作为温度传感器来精确测量温度是大多数要精确测量温度应用的首选，由于热电阻的阻值随着温度的变化而变化，并且变化曲线的一致性非常好。
测量精度的绝对值理论上可以达到± 0.01︒C。
用热电阻作为温度传感器就是要精确测量出它的电阻值。
一般的方法是通过双路恒流源将热电阻的阻值变换成相应的电压值，以便于进行A/D转换从而将温度量化。
由于用热电阻测量温度是测量热电阻的电阻随温度的变化值，而热电阻作为传感器一般不和处理电路放在一起（变送器除外），有距离就有导线电阻，而导线电阻对测量精度的影响是相当大的，所以要通过电路设计和运算将导线电阻的影响去除。
下面是3线制热电阻温度测量的基本原理图：如上图所示：PT100是3线制铂热电阻（100Ω，0︒C时），I1和I2是二个恒流源，它们的恒流电流是相同的。
RS1，RS2，RS3是线路电阻，RZ是调零电阻，三角形是集成运算放大器。
I1的电流流动方向是VCC到I1到V1到RS1到P+经过PT100到COM经过RS3最后到达地。
I2的电流流动方向是VCC到I2到V2到RS2到P-再到COM经过RS3最后到达地。
根据集成运算放大器的原理可知，集成运算放大器的输入阻抗相当大（在几十兆Ω以上），所以从V1，V2向成运算放大器的+，-输入端流去的电流可以忽略不计。
这样就可以计算出V1和V2的电压，如下式:V1 = I1 * （RS1 + Rpt100 +RS3 ）V2 = I2 * （RZ + RS2 + RS3 ）其中 I1 和 I2 是二个相同电流的恒流源,即I = I1 = I2。
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。
pt100的引线形式及测量电路
pt100的引线形式及测量电路
一、引线形式
(一)两线制
在热电阻感温元件的两端各连一根导线，该形式配线简单，安装费用低，但要带进引线电阻的附加误差，不适用于高精度测温场合使用，且使用时引线及导线不宜过长。
(二)三线制
在热电阻感温元件的一段连接两根引线，另一端连接一根引线，在工业检测中应用最广，且在测温范围窄或导线长，导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制。
(三)四线制
在感温元件的两端各连两根引线，用于高精度测量。
二、测量电路
(一)两线制
热电阻两引线电阻RW和热电阻Rt一起构成电桥测量臂，引线电阻RW因沿线环境温度改变引起的阻值变化量
2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精度。
(二)三线制
(三)四线制
该引线方式不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响，还可以通过CPU定时控制继电器的一对触点C和D的通断，改变测量热电阻的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。
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1、二线制接法
采用两线制的测温电桥如图所示：（a）为接线示意图，（b）为等效原理图。
从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻RW一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精度。
（a）示意图（b）等效原理图
分析两线制由于引线电阻的误差
图中，r为引线的电阻，Rt为Pt电阻，其中由欧姆定律可得：
当Rr=Rt时（电桥平衡），V0=-I2*2r 。
从V0的表达式可以看出，引线电阻的影响十分明显，两线制接线法的误差很大。
//由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中，使测量结果产生附加误差。
如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃，这时若导线的电阻值为2Ω，则会引起的测量误差为5.3 ℃。
2、三线制接法
三线制接线法构成如图所示测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。
目前三线制在工业检测中应用最广。
而且，在测温范围窄或导线长，导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制热电阻。
（a）示意图（b）等效原理图
三线制接线法由图1-13所示，由欧姆定律可得：
当Rr=Rt时，电桥平衡，I1=I2，V0=0。
可见三线制接线法可很好的消除引线电阻，提高热电阻的精度。
3、四线制接法
如图所示，在热电阻感温元件的两端各连两根引线，此种引线形式称为四线制热电阻。
在高精度测量时，要采用如图所示四线制测温电桥。
此种引线方式不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响，还可以通过CPU定时控制继电器的一对触点C和D的通断，改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。
四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响.
当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供
恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值
（a）示意图（b）等效原理图
在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。
可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
另外，为保护感温元件、内引线免受环境的有害影响，热电阻外面往往装有可拆卸式或不可拆卸式的保护管。
保护管的材质有金属、非金属等多种材料，可根据具体使用特点选用合适的保护管。
应该说，电流回路和电压测量回路是否分开接线的问题。
2线，电流回路和电压测量回路合二为1，精度差。
3线，电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线。
精度稍好。
4线，电路回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费线。
二线制
如图1。
变送器通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2。
计算得Rt：
由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中，使测量结果产生附加误差。
如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃，这时若导线的电阻值
为2Ω，则会引起的测量误差为5.3 ℃。
三线制
是实际应用中最常见的接法。
如图2，增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。
三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使三根导线的电阻值相同，即RL1=RL2=RL3。
通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2、V3。
导线L3接入高输入阻抗电路，IL3=0。
热电阻的阻值Rt：
由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。
四线制
是热电阻测温理想的接线方式。
如图3，通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V3、V4。
导线L3、L4接入高输入阻抗电路，IL3=0，IL4=0，因此V4-V3等于热电阻两端电压。
热电阻的电阻值：
由此可得，四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响。
一般2线用于近距离测量；3线用于远距离测量，主要
是为了克服线路电阻和干扰的影响。
另外4线的热电阻，是
为了更高精度测量而提出来的。
使用上主要是给热电阻施
加一个电流，然后再测量它的电压来提高测量精度和灵敏
度。
与热电阻连接的检测设备（温控表、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。