热电阻温度计的设计.docx
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热电阻温度计的设计.docx
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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RG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+RrR2=100Ω
R3=100ΩR4=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℃。
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