PT100温度变送器的设计

课 程 设 计

课程名称 测控电路 题目名称 Pt100温度变送器设计 学生学院 物理与信息工程学院 专业班级 测控技术与仪器 班号 B08072021 学生组员 张文焱 胡聪 罗成 指导教师 范志顺

2011-1-5

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Pt100温度变送器设计

课 程 设 计报告

一、实验要求：

设计一个用热电阻Pt100制作的温度变送器，要求其温度变化范围为0℃-400℃,输出为0.3V-1.5V,精度为5％，在此基础上构成一个输出为4mA-20mA的电流源。

二、实验原理：

1.同相放大及差分放大部分：

12VR7R110KR310KAR1R2PT100R6100KR4R910K100KUo2Uo1R5100KAR2Uo12V200K12V200KR8

2.电压跟随器：

12VR1010K12V对同相放大器有： R2R912Uo1R2R1R9R4R2(R9R4)则：Uo112R9(R1R2)对电压跟随器有：Uo212AR3R112R10R11R11R11-25KUo对差分放大电路有：R7R7Uo2Uo1Uo1UoR7R5R7R5R8R6R7R8因R5R6R8则：Uo(Uo1Uo2)R62

Pt100温度变送器设计

3.电流源电路：

R1512V1KAR4Q19013Uo312VR12Uo100KR17100K100KR13R16100R18100R14100Ki

UoiUo100iR12R14R12(Uo100i)R12R14(R17R13)100iR17

R16三、元件清单：

元件 LM324 滑动变阻器502，104，517 100Ω电阻 1K电阻 数目 1个 各1个 1个 1个 元件 10K电阻 100K电阻 200K电阻 NPN三极管9013 数目 4个 6个 2个 1个 四、资料准备：

热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。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

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Pt100温度变送器设计

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）。

pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。应用于医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

热电阻PT100的分度表 温度 ℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 0 100.00 103.90 107.79 111.67 115.54 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 138.51 142.29 146.07 149.83 153.58 157.33 161.05 164.77 168.48 172.17 175.86 179.53 183.19 186.84 190.47 194.10 197.71 201.31 204.90 208.48 212.05 215.61 219.15 222.68 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电阻值（Ω） 100.39 100.78 101.17 104.29 104.68 105.07 108.18 108.57 108.96 112.06 112.45 112.83 115.93 116.31 116.70 119.78 120.17 120.55 123.63 124.01 124.39 127.46 127.84 128.22 131.28 131.66 132.04 135.09 135.47 135.85 138.88 139.26 139.64 142.67 143.05 143.43 146.44 146.82 147.20 150.21 150.58 150.96 153.96 154.33 154.71 157.70 158.07 158.45 161.43 161.80 162.17 165.14 165.51 165.89 168.85 169.22 169.59 172.54 172.91 173.28 176.22 176.59 176.96 179.89 180.26 180.63 183.55 183.92 184.28 187.20 187.56 187.93 190.84 191.20 191.56 194.46 194.82 195.18 198.07 198.43 198.79 201.67 202.03 202.39 205.26 205.62 205.98 208.84 209.20 209.56 212.41 212.76 213.12 215.96 216.32 216.67 219.51 219.86 220.21 223.04 223.39 223.74 101.56 101.95 102.34 102.73 103.12 103.51 105.46 105.85 106.24 106.63 107.02 107.40 109.35 109.73 110.12 110.51 110.90 111.29 113.22 113.61 114.00 114.38 114.77 115.15 117.08 117.47 117.86 118.24 118.63 119.01 120.94 121.32 121.71 122.09 122.47 122.86 124.78 125.16 125.54 125.93 126.31 126.69 128.61 128.99 129.37 129.75 130.13 130.52 132.42 132.80 133.18 133.57 133.95 134.33 136.23 136.61 136.99 137.37 137.75 138.13 140.02 140.40 140.78 141.16 141.54 141.91 143.80 144.18 144.56 144.94 145.31 145.69 147.57 147.95 148.33 148.70 149.08 149.46 151.33 151.71 152.08 152.46 152.83 153.21 155.08 155.46 155.83 156.20 156.58 156.95 158.82 159.19 159.56 159.94 160.31 160.68 162.54 162.91 163.29 163.66 164.03 164.40 166.26 166.63 167.00 167.37 167.74 168.11 169.96 170.33 170.70 171.07 171.43 171.80 173.65 174.02 174.38 174.75 175.12 175.49 177.33 177.69 178.06 178.43 178.79 179.16 180.99 181.36 181.72 182.09 182.46 182.82 184.65 185.01 185.38 185.74 186.11 186.47 188.29 188.66 189.02 189.38 189.75 190.11 191.92 192.29 192.65 193.01 193.37 193.74 195.55 195.91 196.27 196.63 196.99 197.35 199.15 199.51 199.87 200.23 200.59 200.95 202.75 203.11 203.47 203.83 204.19 204.55 206.34 206.70 207.05 207.41 207.77 208.13 209.91 210.27 210.63 210.98 211.34 211.70 213.48 213.83 214.19 214.54 214.90 215.25 217.03 217.38 217.74 218.09 218.44 218.80 220.57 220.92 221.27 221.63 221.98 222.33 224.09 224.45 224.80 225.15 225.50 225.85 4

Pt100温度变送器设计

340 226.21 226.56 226.91 227.26 227.61 227.96 228.31 228.66 229.02 229.37 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 229.72 233.21 236.70 240.18 243.64 247.09 250.53 253.96 257.38 260.78 230.07 230.42 230.77 233.56 233.91 234.26 237.05 237.40 237.74 240.52 240.87 241.22 243.99 244.33 244.68 247.44 247.78 248.13 250.88 251.22 251.56 254.30 254.65 254.99 257.72 258.06 258.40 261.12 261.46 261.80 231.12 231.47 231.82 232.17 232.52 232.87 234.61 234.96 235.31 235.66 236.00 236.35 238.09 238.44 238.79 239.13 239.48 239.83 241.56 241.91 242.26 242.60 242.95 243.29 245.02 245.37 245.71 246.06 246.40 246.75 248.47 248.81 249.16 249.50 245.85 250.19 251.91 252.25 252.59 252.93 253.28 253.62 255.33 255.67 256.01 256.35 256.70 257.04 258.74 259.08 259.42 259.76 260.10 260.44 262.14 262.48 262.82 263.16 263.50 263.84 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

五、实验步骤：

1.将PT100调至100Ω接入电路，分别测Uo1和Uo2,调滑动变阻器104和502，使其电压均接近于1V,并且Uo1> Uo2。对电路信号放大部分先进行调零：测Uo的值并调节502，是输出为0.3V,再对电路信号放大部分进行调满：先将PT100调至247Ω

接入电路, 再测Uo的值并调节104，使输出为1.5V。如此反复对该电路进行调零和调满的操作，使其输出稳定在0.3V-1.5V之间即可。

2.测实验数据：调节PT100的阻值，使其以每隔50℃的阻值接入电路，再测输出Uo的值，电流源电路接好后，开始测电流的输出。测量时应按PT100的阻值增大时测一次，再依次减小其阻值测一次。

六、实验分析：

由实验原理中的公式可得：UoR812R2(R9R4)12R112()R6R9(R1R2)R10R1112R2(10R4)代入数据可得：Uo0.8R1125(10R2)将R2100,Uo0.3V,R2247,Uo1.5V分别代入可得：R1120.678KR425.2K

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Pt100温度变送器设计

Uo由iR12(Uo100i)R12R14(R17R13)100iR17代入数据得：R16

Uo100iR12R14UoUoiR16100将Uo1.5V,i20mA代入得：R160.15K七、实验数据及实验结论：

热电阻Pt100增大时i及Uo的变化： Pt100 100.0 115.5 130.9 146.1 161.0 175.8 190.5 204.9 219.1 233.2 247.0 /Ω Uo/V i/mA 0.293 0.422 0.548 0.674 0.795 0.915 1.035 1.152 12.67 1.381 1.492 3.9 5.7 7.3 9.0 10.6 12.2 13.8 15.4 17.0 18.4 20.0 Uo与PT100阻值变化的关系：

Uo/V1.511.491.391.381.281.271.161.151.040.920.800.670.550.420.29100.0115.5130.9146.1161.0175.8190.5204.9219.1233.2247.0Rpt100/Ω

热电阻Pt100减小时i及Uo的变化：

Pt100 247.0 233.2 219.1 204.9 190.5 175.8 161.0 146.1 130.9 115.5 100.0 /Ω Uo/V i/mA 1.507 1.386 1.276 1.155 1.038 0.918 0.797 0.674 0.548 0.421 0.292 20.0 18.4 17.0 15.4 13.8 6

12.2 10.6 9.0 7.4 5.7 4.0 Pt100温度变送器设计

i与PT100阻值变化的关系：

i/mA2018.417.015.413.812.210.69.07.35.74.03.9100.0115.5130.9146.1161.0175.8190.5204.9219.1233.2247.0Rpt100/Ω

八、实验总结：

经过将近两天的测控电路课程设计，我终于在老师的指导下完成了PT100

温度变送器的设计，虽然与老师的要求有一定的差距，但我还是很高兴的。

在这次课程设计中，我们自己动手焊接了实验电路，自己检查电路中的错误，自己改正这些错误，自己查资料，这些都是我们独立完成的，虽然在这一过程中我们遇到了许多困难，但我们还是咬牙挺过来了，因此我们也学到了许多东西。由于我之前有过焊接电路板的经验，在焊接过程中并未遇到什么困难，我自己也认为我焊接的电路板还是不错的，但我还是在电路调试中遇到了很大的难题，虽然老师在布置这个课程设计之前给我们讲了一些在调试中要注意的问题，但在实际操作中我们几乎完全忘了这些需要注意的问题，例如对电路的调零和调满的操作，我们都没有将这两步分开来进行，而是直接测电路的输出；再如，调零和调满的操作要进行多次，通过反复调试来保证电路测量范围的准确性，可我们几乎都是只调试了一次就开始测数据，导致数据的不准确。这次课程设计使我们了解到了基础电路知识的重要性，只有当我们对基础电路有了一定的了解之后，才能对较为复杂的电路进行分析，从而设计出合理的、合乎要求的电路。

从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，一定要将理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，只有这样才能将我们的所学真正的应用出来，这就是我在这次课程设计中的最大收获。

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