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：。
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。
热电阻温度测量原理
热电阻温度测量原理
热电阻温度测量原理是基于热电效应的原理进行的。
热电效应是指当两种不同金属连接形成闭合回路时，如果两个连接点的温度不同，会产生电势差。
热电阻温度测量利用了这个原理，将热敏电阻（PT100）作为测温元件。
热电阻的工作原理是通过测量电阻随温度变化的关系来确定温度。
PT100是一种白金电阻，其电阻值随温度的变化服从国际标准的“Pt100”温度-电阻转换关系。
该关系表明，当温度升高时，PT100的电阻值也会增加。
这种关系是稳定和可重复的，使得PT100成为常用的热敏电阻元件。
具体的测量方法是将PT100连接到电路中，形成一个闭合电路。
当电路中有电流通过时，根据热电效应，PT100的两个端点会产生一个电势差。
这个电势差可以通过测量电路中的电压来确定。
由于PT100的电阻值与温度成正比关系，根据测得的电势差和PT100的温度-电阻转换关系，就可以准确地确定温度。
为了提高测量的精确度，常常采用一些校准方法，例如使用冰点温度或沸点温度来进行校准。
这样可以确保测量结果的准确性。
总的来说，热电阻温度测量原理是基于热电效应的原理，通过测量电势差和温度-电阻转换关系来确定温度。
热敏电阻
PT100作为测温元件，可以提供稳定和可靠的温度测量结果。
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。
热电阻桥式电路原理
热电阻桥式电路原理
热电阻桥式电路由四个电阻和一个电源组成。
其中两个电阻为固定电阻，另外两个电阻为热电阻。
电源通过电阻和热电阻形成一个电桥，通过调节电桥的平衡状态来测量热电阻的电阻值。
桥式电路的平衡状态是指电桥四个节点的电势差为零。
当热电阻的电阻值发生变化时，电桥的平衡状态会被破坏，通过调节固定电阻的值来重新平衡电桥，从而测量热电阻的电阻值。
在热电阻桥式电路中，热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。
为了消除这种误差，通常会采用三线制，即将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样可以消掉导线线路电阻带来的测量误差。
1。
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”。
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。
电子电路设计实验(热电阻温度测量系统的设计与实现)
北京邮电大学电子电路综合设计实验课题名称：热电阻温度测量系统的设计与实现索引一、概要二、设计任务要求三、设计思路与总体结构图四、分块电路和总体电路的设计1、温度传感器电路设计2、集成三运放差分设计3、滤波器电路设计4、A/D转换与显示电路设计……….........五、功能说明 (9)六、实际测试数据七、所用元器件及测试仪表清单 (11)八、故障及问题分析九、实验总结与结论十、原理图及PCB板图十一、参考文献一、概要1.1、课题名称热电阻温度测量系统的设计与实现1.2、报告摘要为了实现利用热敏电阻测量系统温度，设计实验电路。
利用热电阻Pt100为温度测量单元，系统主要包括传感电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路和显示电路五个单元构成。
通过包含热敏电阻的电桥电路实现温度信号向电信号的转换，利用三运放差分电路实现放大差模信号抑制共模信号并通过二极管显示二进制数来显示温度值。
此电路可以定量的显示出温度的与A/D转换器输入电压的关系，再通过量化就可以实现温度测量的功能。
报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，最后总结本次实验并给出了电路图。
1.3、关键字测量温度热敏电阻差分放大低通滤波 A/D转换二、设计任务要求（1）了解掌握热电阻的特性和使用方法。
（2）了解数模转换电路的设计和实现方法。
（3）了解电子系统设计的方法和基本步骤。
（4）设计一个利用热电阻Pt100 为温度测量元件设计一个电子测温系统，用发光二极管显示A/D的输出状态，并模拟测温（实际上实验室给的是Pt300），用Altium Designer软件绘制完整的电路原理图（SCH）。
三、设计思路与总体结构图图1：热电阻温度测量的系统原理框图如图将系统划分为传感器电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路显示器和电源电路共六个单元。
传感器是由Pt100及若干精密电阻和电位器构成的电桥电路组成；放大器是有运放LM324构成仪表放大器，具有较高的共模抑制比和输入阻抗；滤波电路采用高精度OP07二阶低通有源滤波器；模数转换电路是用ADC0804进行设计，并利用NE555N产生频率为1KHz到1.3KHz的时钟信号来使数模转换电路实现实时同步；显示电路由发光二极管构成；电源电路采用变压器、稳压模块和整流桥等器件进行设计。
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。
二极管热电阻的测量方法
二极管热电阻的测量方法首先，要了解二极管热电阻的原理。
在常温下，二极管的导通电流与温度成反比，即温度越高导通电流越小。
这是因为随着温度升高，二极管内部载流子的热激发增加，使其与外部载流子复合减少，导致导通电流降低。
根据这一特性，可以通过测量二极管导通电流的大小来推算出环境温度。
在进行二极管热电阻的测量前，首先需要准备以下工具和器件：一个二极管，一个恒流源，一个电压表，一个多用表（或欧姆表），一个恒温槽和温度计。
第一步是搭建测量电路。
将恒流源的正极连接到二极管的阳极，将恒流源的负极连接到地，然后将电压表接在二极管的阴极和地之间，用于测量二极管的电压。
将多用表或欧姆表连接到恒流源的负极和二极管的阴极之间，用于测量二极管的导通电流。
第二步是调整恒流源的电流。
可以通过调节恒流源的电流大小来改变二极管的工作状态，使其在合适的工作范围内。
根据二极管的额定电流和温度特性，选择适当的电流值。
一般情况下，较小的电流值可以提高二极管的灵敏度。
第三步是将恒温槽调至目标温度。
将恒温槽温度调至要测量的环境温度，并使用温度计确保温度的准确性和稳定性。
第四步是测量二极管的导通电流和电压。
在恒温槽里稳定一段时间后，使用多用表或欧姆表测量二极管的导通电流，并使用电压表测量二极管的电压。
根据二极管的温度特性，可以得到二极管的导通电流和环境温度的关系。
第五步是数据处理和校准。
通过对测量数据进行处理和校准，可以得到准确的环境温度。
首先，根据电压和电流的测量值，使用二极管的伏安特性曲线来计算二极管的导通电流。
然后，使用二极管的热电阻特性曲线来将导通电流转换为温度值。
最后，需要对测量结果进行校准。
可以通过与标准温度计进行比较或使用已知温度条件下的校准曲线来校准二极管的测量结果。
总结起来，二极管热电阻的测量方法包括搭建测量电路、调整恒流源电流、调节恒温槽温度、测量二极管的导通电流和电压、数据处理和校准。
经过以上步骤，可以得到准确的环境温度值。
热电阻接线原理
热电阻接线原理
热电阻是一种测量温度的传感器，它利用材料在温度变化时的电阻值变化来测量温度。
热电阻的接线原理是根据电路中的电压和电阻的关系来实现温度测量。
热电阻的接线通常采用四线制接法，其中两根导线用于加热电阻，另外两根导线用于测量电压。
在加热电阻两端加上一个恒定电流，根据欧姆定律可以得到电阻的电压降。
由于热电阻的电阻值与温度成正比，因此可以通过测量电压降来计算出温度值。
为了减小电线阻抗对测量结果的影响，通常采用四线制接法。
其中两根导线用于加热电阻，电流通过这两根导线流过加热电阻。
另外两根导线连接在加热电阻两端，用于测量电压降。
通过测量加热电阻两端的电压降，并且利用已知的电流值，就可以根据欧姆定律计算出电阻值。
进而，根据热电阻的电阻-温度特性曲线，可以推算出温度的值。
四线制接法能够有效降低电线阻抗对测量结果的影响，提高测量的准确度。
因此，在实际应用中，热电阻的接线通常使用四线制接法来进行温度测量。
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。
热电阻的测量电路及应用全
缺点：在这种方法中，铂热电阻的非线性和 不平衡电桥的非线性，会给测量带来误差。 而且，铂热电阻作为温度传感器使用时，必 须把它放在测温现场，从测温点到测量变换 电路之间的布线长度少则几米，多则几十米 甚至上百米，这样长的连接导线，即使不计 热噪电阻，它自身的引线电阻也是相当可观 的，必然会对测量精度带来较大影响。
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。
三、应用电路： 电路主要由两部分构成：测温电桥、放大电路
A、根据运放放大特性：
U 0 K (ui ui ) ----式1.1
I 根据运放虚断路有: i =0
U0
Ui
R3 R11 R11
-----式1.2
U U 由式2.5得:
R11
i R3 R11
0
------式1.3
U i
K
R11 R3 R11
U0
U0
------式1.4
U 于是有： K (R3 R11 ) 0
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
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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 的增量值厶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 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:
r 7
当Rr=Rt 时（电桥平衡），V0=-l 2*2r 。
从V0的表达式可以看出，弓I 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100C 时PtIOO 热电阻的热电阻率为 0.379 Q /C,这时若导线的电阻值为
2
Q,则会引起的测量误差为 5.3 C 。
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。
1 pl r|
p T U
Vo 尺
（b ）等效原理图
® 1-12热电阻的两銭制援建法
O-
三线制接线法由图1-13所示，由欧姆定律可得：
U
当Rr=Rt 时，电桥平衡，11=12，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， 的一对触点C 和D 的通断，改变测量热电阻中的电流方向， 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，
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，
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 尸 ---------- I 『2弓
2r
J?4- + 2r
兀“K 用十防)—曲十凰—皿用十2(Zi- !潮 还可以通过CPU 定时控制继电器 消除测量过程中的寄生电势影响。
四线测量用两条附加测试线提供 电流
(b )等效原理图
(a )示意图
在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制, 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 監
——
热电砲
%:——导堆S 的第效电阳 凡,——
导线打的汗较电阳
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100C 时Pt100热电阻的热电阻率为 0.379 Q /C,这时若导线的电阻值为 2 Q,则会引起的测量误差为 5.3 C 。
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 VI 、V2、 V3。
导线L3接入高输入阻抗电路，IL3=0。
(b )等效原理图 其中两根引线为热电阻提供恒定电
V1 V2。
-寻銭L1的等效电阴
-导銭L2的尊除电阻
的專效电阴
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。
由此可得，四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响。
兀——嫌电口
R It.——导线口的等效电10 殆
一的等效电耙兀一的尋效电
阻仏——前等效堪阻
热电阻的电阻值：
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俞入等）都有
四个接线端子。
1+、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。