1、传感器原理及其应用三级项目报告项目名称：基于 Pt100 温度传感器测池塘水温组 员：谢正威、王一丁、柴聪、史静潼班 级：仪表 2 班指导教师：童凯基于 Pt100 温度传感器测池塘水温摘要：本文首先简要介绍了铂电阻 Pt100 的特性以及测温的方法，铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。本文在此基础上阐述了基于 Pt100 的温度测量系统设计。在本设计中，是以铂电阻 Pt100 作为温度传感器，测温原理是三线制的电桥法测量，最后给出的是温
2、度值与模拟量输出值的关系，电路回路和电压测量回路合二为一。关键词：Pt100 热电阻、温度测量前言随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适
3、应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本小组四名成员谢正威、史静潼、柴聪、王一丁，经过共同商讨，确立了基于 Pt100 温度传感器测池塘水温这个项目，并查阅大量相关资料，明确其实现步骤，共同努力实现传感器的制作、实验调试及论文报告和
4、PPT 答辩的准备。正文项目论证报告部分（看完删除）主要包括介绍相关项目开展的总体思路，技术路线、项目内容、实施方案、实施方法、可行性分析、实施计划、预期成果、考核要点、以及参考文献等第一节 Pt100 热电阻的特性介绍热电阻是中低温区（ 。少数情况下，低温可测至 ，高温达C8502 K1）常用的一种测温元件。大多数金属导体的电阻都具有随温度变化的特性。原因C10是当温度升高时，金属导体内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，即电阻值与温度的变化趋势相同，他们具有正温度系数效应。这些金属及合金的电阻值随温度的变化关系符合以下
5、公式：)(100tRt 铂是一种贵金属。铂的电阻-温度特性在一个很广的范围内（ ）保持C54263着良好的线性。室温下铂电阻温度计可检测到 量级的温度变化。它的特点是稳定性C4好，精度高，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。铂很容易提纯，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝电阻材料。铂电阻的缺点是温度系数比较小，价格贵。铂电阻的电阻温度特性可以用下式表示：在 范围内C60)1(20BtARt在 范围内019)10(1320 tCBtARt 式中： ； ； 。CA/968471.33 27/84.5412/0.4C图 1、Pt100 温度传感器 图 2、铂热电阻 R-t 特性曲线表 1、热电阻 Pt10
6、0 分度表第二节 主体思路1、测温原理本设计采用三线制差动电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。铂热电阻阻值随温度变化而变化，通过电桥电路产生电压信号，通过运放 FM324 放大后输出期望的电压信号，将得到的电压值与 Pt100 热电阻分度表对比，要将温度大小变成数值显示在数字显示屏上，首先要把被测温度通过测量电路即 pt100 温度传感器变成电信号，其次，要将很小的电信号通过差动放大电路进行放大，放大后的模拟信号经由 A/D 转换器转换成数字量，由数字显示屏显示出来。（这一块需要完善）电路原理图如下图所示，图 3、三线制接法桥式测温电路图 4、二线制接法桥式测温电路从热电阻的测
7、温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响，本设计采用三线制接法。电路采用 TL431 和电位器 VR1 调节产生 4.096V 的参考电源：采用 ， ， ，1R2V构成测量电桥（其中 ， 为 精密电阻） ，当 PT100 的电阻值和10PT21RV10的电阻值不相等时，电桥输出一个毫伏级的压差信号，这个压差信号经过运放 LM3242VR放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连 AD 转换芯片。差动放大电路中 ，43R，放大倍数 ，运放采用单一 5V 供电。6535RK图 5、放大电路2
8、.可控精密稳压源 TL431可控精密稳压源 TL431 是有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从 (2.5V)到 36V 范围内的任何值。电压参考误差：REFV0.4%输出电压计算公式：2105.2RU图 3、稳压源电极、引脚图电路图如下：图 6、稳压电路第三节、器件选择电阻：R1=R2=2K、R3=R4=1K、R5=100K、R6=10K、R7=1K R8=5.1KPT100 热电阻VR1 VR2 （图中的 502 是什么参数？）TL431 LM324 IN4733C1 C2(需要详细）项目实施技术部分（看完删除）主要包括传感器结构参数、及技术参数
9、、传感器安装步骤、测量系统设计图、测量工艺、测量流程、测量系统试验等。第四节、传感器安装步骤按照三线制电路原理图将各器件焊接在电路板上。 。 。 。 。 。 。 。 。 。拍张图片贴在这儿焊接工艺。在焊接的过程中我们不断纠正自己焊接方面的弱点与不足。例如电烙铁的握法，电烙铁是捏在手里的，使用时千万注意安全，使用时电烙铁应配置烙铁架，一般应放在工作台的右前方，电烙铁使用后一定要稳妥地放在烙铁架上，应避免导线等被烙铁烫坏。另外也要控制好焊接的时间，电烙铁停留的时间太短，焊锡不易完全熔化、接触好，形成“虚焊” ，而焊接时间太长又容易损坏元器件，或使印刷电路板的铜箔翘起。一般一两秒内要焊好一个焊点，若
10、没完成，宁愿等一会儿再焊一次。焊接时电烙铁不能移动，应该先选好接触焊点的位置，再用烙铁头的搪锡面去接触焊点。焊接完后要对焊点进行质量检查，主要有外观检查法，良好的焊点应有特殊的光泽和颜色，如果颜色和光泽发灰发白，焊点表面不平或呈渣状和有针孔，就说明焊接质量不好。第 5 节、测量步骤1、量杯内注水至适当位置，观察水位显示。保持水位恒定。2、记录万用表读数。3、用万用表测量并记录。 。 。 。 。的电阻值。4、对量杯中的水进行加热一段时间， （不知道怎么写，怎么使温度上升和下降？）5、重复步骤 2 和 3。直到 5-10 组参数记录完成。6、将量杯中的水放空，实验完毕。第六节、数据记录测量次数 万
11、用表读数/mV电阻值 查分度表读数测量次数 万用表读数/mV电阻值 查分度表读数1 2.36 108.0 10 2.45 121.52 2.38 111.3 11 2.44 120.73 2.39 114.0 12 2.44 120.44 2.41 115.3 13 2.44 119.85 2.42 117.4 14 2.43 118.56 2.42 118.2 15 2.42 117.97 2.43 119.2 16 2.41 115.98 2.45 120.0 17 2.40 115.09 2.46 123.1 18 2.39 112.7第 7 节、结果分析。 。 。 。 。 。 。第八节
12、、实验结论。 。 。 。 。 。 。第 9 节、心得体会本次传感器实习的任务是实现基于 Pt100 热电阻的温度传感器测量池塘水温。完成此任务需要进行电路原理图的设计、装入所需要的元件库、印制电路板的设计、放置元器件到印制电路板和焊接工艺。通过此次设计，我把所学的知识应用于实践，真正感受体会到理论与实践相结合，在实践中检验真理的思想。此次设计更加加深了我们对热电阻传感器的原理的理解。此温度传感器既新颖又方便，在现实生活中有广泛应用，这激发了我们对学习电子技术兴趣。本次实习不仅加深了对理论知识的理解，而且培养了自己的动手能力，培养独立分析问题、解决问题的能力，提高实践技能。设计中自己到图书馆查资料然后又上网查有关方面的实例，结合自己所学的理论知识完成了本次任务，虽然出现过问题，但收获更多，从失败中吸取了教训，又从成功中吸取了经验。用自己的知识设计出可以在日常生活中更好的为人民服务的产品，是最值得高兴的。总之，这次实习收获颇多。参考文献：1赵燕 传感器原理及应用 北京大学出版社2郑建国 一种高精度的铂电阻温度测量方案 ，自动化仪表3刘少强 新型精密铂电阻测温方法 ，传感器技术，1999 年第 18 卷第 2 期
