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1、用铂电阻Pt100测量温度,第三章 课程设计题目 设计题目一 简易数字式温度计设计 1设计任务：设计并制作一个简易数字式温度计，用来测量和显示温度。 2 . 基本要求： (1)温度测量范围：00C100 (2)测量误差：1% FS,分辨力：0.2, 显示时精确到小数点后1位 (3)要求数字显示3 说明 (1)温度传感器可用铂电阻Pt100, 或集成温度传感器AD590, 或热敏电阻NTC A/D转换器可用ICL7106, ICL7107, MC14433, ICL7109, AD574 等 显示器可用发光二极管数码管（LED）或液晶显示器(LCD), 也可用3 位或4数字表头，购买时，选用其基
2、本量程为0200mV或02V的为佳。,方案一 用铂电阻(Pt100)测量温度,一、 温度概述1 温度与温标温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。 物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的, 需要测量温度和控制温度。 随着科学技术的发展, 对温度的测量越来越普遍, 而且对温度测量的准确度也有更高的要求。 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以测量, 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换, 以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。 为了定量地描述温度的高低, 必须建立温度标尺, 即温标。 温标就是温度的数值表示。各种温
3、度计和温度传感器的温度数值均由温标确定。历史上提出过多种温标, 如早期的经验温标（摄氏温标和华氏温标）, 理论上的热力学温标, 当前世界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数值为热力学温度（符号为T）, 单位为开尔文（符号为K）, 1 K等于水三相点热力学温度的 ,1/273.16,热力学温度是国际上公认的最基本温度, 国际温最终以它为准而不断完善。我国目前实行的是1990年国际温标（ITS-90）, 它同时定义国际开尔文温度（符号ITS-90）和国际摄氏温度（t90）, T90和t90之间的关系为,在实际应用中, 一般直接用T和t代替T90和t90。,2 温度测量的主要方法和分类 （1）度传
4、感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器, 就测量系统的功能而言, 通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成, 如图 11 - 1 所示。简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的, 一般在现场使用。,1常用热电阻,用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率, R-t 关系最好成线性, 物理化学性能稳定, 复现性好等。 目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 (1)铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠, 所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准, 铂热电阻的使用温度范围为-200+850。 铂热电阻的特性方程为 在-2000的
5、温度范围内:Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) ( 11-15) 在0850的温度范围内: Rt = R0(1+At+Bt2) (11-16) 式中Rt和R0分别为t和0时铂电阻值; A、 B和C为常数。 在ITS-90 中, 这些常数规定为: ,A=3.908310-1/B=-5.77510-7/2C=-4.18310-12/4从上式看出, 热电阻在温度t时的电阻值与R0 有关。目前 我国规定工业用铂热电阻有R0=10和R0=100两种, 它 们的分度号分别为Pt10和Pt100, 其中以Pt100为常用。铂 热电阻不同分度号都有相应得分度表, 即Rt-t 的关系表, 这 样在
6、实际测量中, 只要测得热电阻的阻值Rt, 便可从分度 表上查出对应的温度值。 Pt100的分度表见表 11 - 7 。铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比W100表示, 它是铂热电 阻在100时电阻值R100与0时电阻值R0之比。 按IEC 标准, 工业使用的铂热电阻的W1001.3850。 (2)铜热电阻 由于铂是贵重金属, 因此, 在一些测量精度 要求不高且温度较低的场合, 可采用铜热电阻进行测温, 它 的测量范围为-50+150。 铜热电阻在测量范围内其电 阻值与温度的关系几乎是线性的, 可近似地表示为:,用铂电阻和3位数字式电压表组成的测温电路,用铂电阻,AD620和3位数字式电压表组成的测温
7、电路,方案二 用AD590的测温电路,1半导体温度传感器的基本工作原理根据半导体物理得知：PN结的正向压降具有负的温度系数。实验表明：温度每升高10C, PN结的正向压降大约下降2mV。同时晶体管的基极-发射极电压VBE的变化与温度的变化基本上成线性关系。半导体温度传感器是利用晶体管PN结的电压（或电流）特性与温度的关系, 把感温PN结及有关电子线路集成在一个小硅片上, 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点, 由于PN结受耐热性能和特性范围的限制, 它只能用来测150以下的温度 1 基本工作原理目前在集成温度传感器中, 都采用一对非常
8、匹配的差分对管作为温度敏感元件。 图 2是集成温度传感器基本原理图。其中T1和T2是互相匹配的晶体管,I1和I2分别是T1和T2管的集电极电流, 由恒流源提供。T1和T2管的两个发射极和基极电压之差Vbe可用下式表示, 即: ,式中: k-是波尔兹曼常数; q-是电子电荷量; T-是绝对温度;r -是T1和T2管发射结的面积之比。 从式中看出, 如果保证I1/I2恒定, 则Vbe就与温度T成单值线性函数关系。这就是集成温度传感器的基本工作原理, 在此基础上可设计出各种不同电路以及不同输出类型的集成温度传感器。 ,图2 集成温度传感器基本原理图,(1)电压输出型 电压输出型集成温度传感器原理电路
9、图如图3 所示。 当电流I1恒定时, 通过改变R1的阻值, 可实现I1=I2, 当晶体管的1时, 电路de输出电压可由下式确定, 即: ,若R1=940, R2=30K, r=37则电路输出的温度系数为,电流输出型半导体温度传感器,电流输出型图4 为电流输出型集成温度传感 器的原理电路图。 T1和T2是结构对称的两个 晶体管, 作为恒流源负载, T3和T4管是测温用 的晶体管, 其中T3管的发射结面积是T4管的8 倍, 即r=8。流过电路的总电流为: ,式中当R和r一定时, 电路的输出电流与温度有良好的线性关系。,半导体集成温度传感器AD590简介,典型的电流输出型集成温度传感器是美国模拟器件
10、公司（AD公司）生产的AD590, 我国产的SG590也属于同类型产品。 基本电路与图 11 - 20一样, 只是增加了一些启动电路, 防止电源反接以及使左右两支路对称的附加电路, 以进一步地提高性能。 AD590的电源电压430V, 可测温度范围-50+150。 AD590是一种两端集成电路温度传感器，其封装如图5所示。AD590实质上是一种半导体集成电路，它的输出电流和绝对温度成正比。当它的两端加上+4V-+30V之间电压时，器件呈现一高阻抗，输出电流按1uA/1.0K变化。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。,AD590外形图,用AD590组成的控温电路,图8 采用两点校正的摄氏温度测量电路,图9 两点校正的原理和物理意义,
