铂电阻测温实验报告

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1、铂电阻测温一、 设计任务： 本例设计的是一个测温范围为0到 100摄氏度的测温仪。读者应能够根据铂电阻的特性建立传感器的模型，并设计相应的测量电路。通过本设 计，应掌握以下内容：（1）了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温 度的关系建立仿真模型；（2）掌握铂电阻的测温电路；（3）会用 LabVIEW 设计温度显示模板，把电路输出电压值转换成温度及参数的显示 。二、 传感器模型的建立：金属铂电阻器性能十分稳定，在-260+630C之间，铂电阻用 做标准温度计；在0+630C之间，铂电阻与温度的关系如下:其中（0C时电阻）然后把参数带入得R0=100, =3.9684X10-3, B=-5.

2、847X 10-7。R = 5.847 x 10-5 T 2 + 0.39684T +100t有了温度与铂电阻的关系式，我们可以建立以下的模型， 如图14-1所示。以V1代表温度T,压控多项式函数模块用 来实现上述函数，其输出为电压值，由铂电阻的原理，模 型模拟的应是电阻值，所以再加一个比例系数为1的压控 电阻，因此输出电阻值按算式随温度值的变化而变化。当温度变化时，热电阻的阻值随温度的变化而变化。对温度的测量转化为对电阻的测量，可将阻值的变化转化为电压或电流的变化输入测量仪表，通过测量电路的转换，即可得 被测温度。测温电路由以下4部分组成。1）稳压环节:稳压环节用于为后面的电路提供基准电压，

3、如图14-2 所示。稳压二极管稳压电路的输出端接电压跟随器来稳定输出电压。电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的优 点。稳压二极管稳压电路是最简单的一种稳压电路，它由一个稳压二极管和一个限流电 阻组成。从图14-3 的稳压管稳压特性曲线可以看到，只要稳压管的电流，则稳压管就 使输出稳定在附近，其中是在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的反向工作电压。 限流电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时， 通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。u图 14-3 稳压二极管稳压特性曲线设计稳压二极管稳压电路首先需要根据设计要求和实际

4、电路的情况来合适的选取电 路元件，以下参数是设计前必须知道的：要求的输出电压、负载电流的最小值 和最大 值（或者负载的最大值和最小值）、输入电压的波动范围。2）基本放大电路本设计没有采用电桥法测量铂电阻，是因为铂电阻测温采用单臂电桥，单臂电桥本身存在一定的非线性，为了避免电桥引入的非线性，所以采用放大电路测温。3）矫正环节虽然在图14-1 的模型中温度的二次项系数很小，但仍存在一定程度的非线性。图14-6 为铂电阻测温的总体电路。Key=A图 14-6 测量电路其中由运放 U3 和电阻 R8、R9、R15 组成的反向比例放大器为电路引入负反馈，可 使电路输出的线形度变好。4）输出范围的调节 铂

5、电阻的阻值小且变化范围小，为了使输出变化明显，总体电路中又加上了反向比 例放大电路，调节RW3的值可以调节输出电压的范围。14.2.3 整体电路分析与设计铂电阻测温的整体测量电路如图 14-6 所示，它由上节所介绍的各部分电路所组 成，其中RW1用于基本放大电路调零，RW2用于调线性，RW3用于调节电压放大倍数。 D1为稳压值为10V的稳压二极管，其最大直流电流为143mA。下面我们来对电路进行 分析，并确定电路的参数。1）稳压环节分析将图14-6 所示的稳压环节的输出端接一个负载电阻，如图14-7 所示。为了 确定这一负载电阻的大致范围，将与稳压环节相连的放大电路的输入端改接一个 10V 的

6、直流源，然后对电路进行传递函数分析，其设置如图14-8 所示，将新加入的直流源 作为输入源（图中的vv11）,电路的总输出端作为输出节点，接地端作为参考节点。传 递函数分析的结果如图14-9所示，输入阻抗约为1.8KQ。图 14-7 稳压环节Selected Fage:Transfer FunctionSimulateOKCancel I 0 Help图 14-8 传递函数分析设置图 14-9 传递函数分析结果将图14-7中的R2设为1.82Q ,然后对R1进行参数扫描，确定其取值。参数扫描的 设置如图14-10所示，将R1从10Q到1KQ之间取10个扫描点，然后选择扫描直流工 作点，输出节点

7、为22点，其扫描结果如图14-11所示，R1应在120Q到230Q之间取 值，才能保证稳压二极管工作在稳压状态，最后取R1为200Q。-More OptionsAn alysis Parameters臣 Group all traces on one plotAnalysis to sweep |DC operating Point图 14-10 参数扫描分析设置图 14-11 参数扫描分析结果下面我们来分析电压跟随器在电路中的作用。将图 14-7 中运放的正输入端接一个 10V的直流电压源，然后对修改后的电路进行传递函数分析，结果如图14-12所示，可 见电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的

8、输出阻抗。图 14-12 传递函数分析结果对图14-7所示的电路进行参数扫描分析,观察负载电阻R2变化对输出电压的影响。 使R2在1Q到10KQ之间均匀的取10个值，然后对输出节点22进行直流工作点扫描， 结果如图14-13所示。将图14-7中的电压跟随器去掉，将负载电阻R2直接与稳压二极 管稳压电路的输出端相连，然后仍按上面的设置对R2进行参数扫描分析，分析结果如 图14-14所示。比较图14-13和图14-14可知，由于电压跟随器的输入电阻较大，则流 过R1的电流基本全部流向稳压二极管，且电压跟随器隔离了负载电阻变化对二极管稳 压电路的影响，所以加电压跟随器的稳压电路，在稳压范围内输出电压

9、较稳定，且约等 于 10V。卷 Giapher View_ 叵|区| 辔 Grapher View匚回冈File Edit View Tools口口日畐BdM喝电Q 9$3卽Parameter Sweep Parameter Sweep j钳电阻Device Parameter Sweep:Selected Page Parameter Sweep1V(23), rr2 resistance74.62686 m2V(23), rr2 resistance=l 1129.965913V(23)_, rr2 resistance=22239.988104V(23)_, rr2 re5i5tance

10、=33349.994585V(23), rr2 resistance=44459.997686V(23), rr2 resistance=55569.99950V(23), rr2 resistance=6667li：i.i：ii：ii：i708V(23), rr2 resistance=777810.001559V(23), rr2 resistance=88891i：i.i：ii：i21810V(23)_, rr2 re5i5tance=li：ii：ii：n：i10.00267File Edit View Toolsd h aa *Q 區|098) Parameter Sweep | Pa

11、rameter Sweep |钳电阻Device Parameter Sweep:Selected Page:Parameter Sweep带电压跟随器的稳压环节分析去掉电压跟随器的稳压环节分析2）铂电阻温度特性分析在图14-6 的总测量电路中，对铂电阻模块进行直流扫描分析，观察测量温度与铂电阻阻值的关 系。直流扫描分析的设置如图14-15所示，扫描电源为模拟测量温度数值的电压源V1,扫描范围为 0V500V （即模拟0C500C的变化），观察节点2和15间的电压差的变化（模拟铂电阻的变化）。 直流扫描分析的结果如图 14-16 所示，其中实线为分析所得的数据，虚线为连接实线两端点所得的直 线

12、，可见铂电阻的阻值与温度的关系存在非线性。因此需要调节RW2来调节负反馈的程度，从而矫 正输出电压与温度的非线性关系。J1 I it in circuitnil variab es2)-V( 15)Edit Expression.,Selected variables For analysis| All variables(b)输出页设置(a)分析参数页设置More Options 1p Show all device parameters at endAdd device/model parameter.oF sirmulation in the audit trailDelete sele

13、cted variableSelect variables to saveAdd Expression.,图14-16铂电阻与温度的关系3) RW1 作用分析将滑动变阻器RW1用一个任意大小的电阻代替，然后对该电阻进行参数扫描分析，观察RW1变 化时，输出电压在什么时候接近于零。RW1阻值的扫描范围为1KQ到100KQ，从图14-17的分析结 果可知，RW1取大约90KQ左右时，输出端电压才接近于零，所以应取100KQ的滑动变阻器来进行调 零。最后调节滑动变阻器RW1使其两端阻值约为93.1 KQ。14.2.4 实验数据处理从0C开始到100C，电路每变化5C读一次数，得表14-1实验数据表

14、14-1 实验数据T(C)w101弁2530，RtJ100101.9827103.9626105.9394107.9134109.8845111.8526u(v)-179.36.1.3 Z5 5.8m:2弧丄皿m215.2 9.6 2.1m.6.6 L5 92m37.93J7.1m3T(C)35404沖5055伽65 Rt i113.8178115.7800117.7394119.6958121.6493P123.5999125.5476U(V)92.9.59m，1.05d|1.188P1.3191.449 ?1.581.7WT(C)707弁80 J饷gw叹100pRt i127.4923129.4341131.3730133.3090135.2420P137.1721139.0993U(V) n1.841 J1.9712.101P2.232.362.4892.618