PT100温度测量试验.pdf

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实用标准文案
内燃机测试技术试验
实验
PT100 热电阻温度测量试验
实验学时： 2
实验类型：基础型
实验对象：本科生




一．实验目的：
1. 了解热电阻温度测量基本原理。
2. 了解 PT100 热电阻温度特性。
3. 掌握 PT100 热电阻恒流温度测量电路实现和关键参数计算。
二．实验原理及设备说明

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。金属热电阻的感温元件有石英套管十字骨架结构， 麻
花骨架结构得杆式结构等。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂
丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、 镍、铁、铁—镍、钨、银等。
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实用标准文案
薄膜热电阻是利用电子阴极溅射的方法制造，可实现工业化大批量生产。其中骨
架用陶瓷，引线采用铂钯合金。
热电阻材料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。
金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即
Rt=Rt0[1+ α（t-t0 ）]
式中，Rt 为温度 t 时的阻值；Rt0 为温度 t0（通常 t0=0 ℃）时对应电阻值；
α为温度系数。
半导体热敏电阻的阻值和温度关系为
Rt=AeB/t
式中 Rt 为温度为 t 时的阻值； A、B 取决于半导体材料的结构的常数。
相比较而言， 热敏电阻的温度系数更大， 常温下的电阻值更高 （通常在数千
欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有 -50~300 ℃左右，大量用
于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500 ℃范围内的
温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广
泛。
工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个
性质， 但并不是都能用作测温热电阻， 作为热电阻的金属材料一般要求： 尽可能
大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸） 、在
使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、 材料的复制性好、 电阻值随温度变
化要有间值函数关系（最好呈线性关系） 。
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实用标准文案
目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和
氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻
在测温范围内电阻值和温度呈线性关系， 温度线数大， 适用于无腐蚀介质， 超过
150 易被氧化。中国最常用的有 R0=10 Ω、R0=100 Ω和 R0=1000 Ω等几种，
它们的分度号分别为Pt10 、Pt100 、Pt1000 ；铜电阻有 R0=50 Ω和 R0=100 Ω
两种，它们的分度号为 Cu50 和 Cu100 。其中 Pt100 和 Cu50 的应用最为广泛。
2. PT100 热电阻温度特性
PT100 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。 PT 后的 100 即表
示它在 0℃时阻值为100 欧姆，在 100 ℃时它的阻值约为 欧姆。下面是
PT100 的温度分度表。
温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
（℃） 电阻值（Ω）
－30
－20
－10
－0
0
10
20
30
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表 1 PT100 温度分度表
3. PT100 温度测量电路的实现和关键参数计算
PT100 热电阻测量电路基本上可以分为两种型式，一种是电阻分压式，另外
一种就是恒流源方式。其中电阻分压式原理最为简单，只是让 PT100 和一个电
阻串联后接到稳定的电源上，然后通过放大器对信号进行放大，最好输入到控制
器中的 AD 采集口，控制器采集数据后进行线性差值或其他差值算法反算出温度
值。该种方式的优点是实现思路明了， 缺点是线性度和准确性差， 因为电阻分压
本身就是非线性的， 而且该种方式误差因素比较多， 如电源的稳定性， 电阻的离
散性等；而且该种方式一个比较关键的问题就是温度变换范围大， 而实际分压信
号变换非常小， 因此为了和控制 AD 采集接口电平对应，必须进行信号放大，这
对放大器的设计提出了比较高的要求，故总的来说，电阻分压式的测量方式适合
在要求不高的场合。另外的测量方式就是恒流源方式， 其实在一般的传感器测量
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实用标准文案
电路中，恒流源激励稳定性和准确度上都是比电压源激励要好，特别是在精密的
测量控制中。恒流源激励的关键是就是产生恒定的电流，这可以通过运放来实现
恒流源的两种实现方式如图 1 所示。左边的电路为灌电流的电流源，其特点是电
流只能流入，负载一般接到高端，也即负载高端连接方式，恒流通过负载和恒流
源构成电流通路，计算公式如图下公式所示，这里必须注意的就是输入信号必须
为正，因此可以采用单电源的运放实现。右边的电路则是拉电流的电流源，其基
本实现方式和灌电流方式相对应，但是必须注意的是这里是采用的负电源实现
的，输入信号必须为负，否则电路不能工作。
以上两种电流源的实现是最根本的实现方式，其中灌电流方式可以采用但电
源的运放实现，但是负载是不接地的高端