热电阻温度计的设计

设计题目：

设计一个采用Cu50热电阻做传感器的电子温度计电路，测温范围0—100℃，以模拟方式显示温度，显示分辨率不低于2℃。（注：Cu50热电阻的温度系数取0.00425∕℃）

设计思路：

本设计主要采用Cu50热电阻做传感器来做温度计，精度要求要高，则选用Cu50热电阻的三线制的方法来接线。电路部分依然采用电桥平衡，产生电位差，经过信号放大电路，在电压表上显示温度值！

系统框图：

实验原理

利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而改变的性质来测量温度。

实验证明

•多数金属导体在温度升高1℃时，阻值变化0.4% ~ 0.6%；

•多数具有负温度系数的半导体在温度升高1℃时，阻值变化3% ~ 6%；

铜热电阻

优点：线性度好，电阻温度系数大、价格低、精度适中；

缺点：〉100℃时，易被氧化；

测温范围：-50~+150℃。

常用铜电阻分度号：Cu100和Cu50

本设计采用Cu50

测温范围：0~100℃

根据公式：Rt=Ro（1+αt）

Cu50的传感器结构图：

说明：为了消除金属热电阻(几欧~几十欧范围)中的引线电阻和连接导线电阻受温度变化而改变其阻值大小，从而影响热电阻测温。

电桥电路部分：

测温电桥——两线制、三线制、四线制接法。

1、二线制：

在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。

2、三线制：

在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。

3、四线制：

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。

四线制如下图：

①电源E：向标准电阻RH、热电阻Rt（经a,c）、调节电阻Rr和电

流表回路供电；

②电流I：调节Rr，使得回路电流I调整到热电阻的规定值3~4mA；

③电流测量线：与a和c相连

④电位测量线：与b和d相连

⑤转换开关K：先后测量标准电阻RH和热电阻Rt上的电压降UH

和Ut；

虽然四线制在精度上较高，但是由于本设计需要到温度的显示部分，采用上述的方法不好显示，所以还是采用三线制电桥电路！

信号放大电路采用：INA155放大电路

INA155芯片的内部结构及其管脚！

INA155的放大倍数由R G决定，由上可知，当为open 时，放大倍数为10倍，当为30K的时候，放大倍数

为20倍。

表头显示部分：

采用0-5V的电压表表头显示，对应的温度显示为0-100℃，其中最小刻度为2℃（分辨率为2℃）

整体电路分析：

调节RH，使得回路电流I调整到热电阻的规定值4-5mA

根据电桥平衡公式：

R1=R+Rr R2=100Ω

R3=100Ω R4=50+Rr=100Ω

其中R为CU热电阻，根据温度的变化而变化

可见温度和电阻变化

成线性关系

设& 为电压和温度的关系系数,即 & = T / Uo

在0℃时，Uo为0；

在10℃时，Uo为=0.0268V

T=0.0268*&

T=10

则：&1 = 10/0.0268 ≈ 18.65671

由此递推： &2≈18.66977

&3≈18.67413

&4≈18.680677

&5≈18.684603

&6≈18.688677

&7≈18.69034

&8≈18.6915887

&9≈18.692559

&10≈18.693524

则可得：& `(平均)=18.68206

所以放大倍数也为18.68206，调节Rd可以得到！电压表表头即可以显示温度℃。