pt100溫度傳感器 原理：PT100溫度傳感器

l        薄膜鉑電阻系列

型號

外形尺寸

W×L×Hmm

標稱阻值

R0

工作電流

mA

引線尺寸

W×H×Lmm

工作溫度

℃

誤 差

外形圖

mm

CRZ-1632-100-Ni

1.6×3.2×1.0

100Ω

1

0.25×0.15×12

-40～450

1/3DIN

A

B

2B

CRZ-2005-100-Ni

2.0×5.0×1.0

0.25×0.15×12

-40～450

CRZ-2005-100-Pd

0.3×0.2×10

-50～500

CRZ-2005-1000-Ni

CRZ-2005-500-Ni

500Ω

1000Ω

0.5

0.25×0.15×12

-40～450

ST-1003-Pt

1.0×3.0×1.3

20Ω

1

0.25×0.15×12

-50～500

l         線繞陶瓷PC(玻璃PG)鉑電阻

型號

外形尺寸

D×Lmm

標稱阻值R0

工作電流mA

引線尺寸

D×Lmm

誤差

工作溫度

℃

外形圖

mm

PC1612

1.6×12

100Ω

5

0.20×10

A

B

-200～600

-200～850

PC1615

1.6×15

0.20×10

PC1625

1.6×25

0.20×10

PC2213

2.2×13

0.35×10

PC2215

2.2×15

PC2515

2.5×15

PC3015

3.0×15

PC3025

3.0×25

備注:承接各種非標阻值(如PT45、BA1、BA2等)和非標尺寸測溫元件的定做。
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pt100溫度傳感器的應用
石油傾點溫度測試PT100溫度傳感器的標定
摘要：作者設計了直徑為3mm、長為27cm 的Pt100型傳感器，根據0.10℃刻度的溫度測試儀作為標定標準，利用軟件來矯正其非線形失真，該產品實現對石油傾點溫度信號的采集和標定。
關鍵詞： Pt100傳感器；電橋測溫；石油傾點

一、引言
石油傾點溫度是指管道內凝固態的原油開始融解流動的*低溫度。國際上測試規程要求每隔2℃就要對其流動情況進行判斷并測溫，但由于石油運輸管線很長，原油每升溫1℃需要大量能源，因此對傾點溫度測量的精度對油田節能有重大意義。我們選用Pt100溫度傳感器來完成對石油傾點溫度的測量。

二、PT100溫度傳感器工作原理及其主要技術參數
Pt100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數關系的特性來進行測溫，其溫度/阻值對應關系為[1]：
（1）-200℃<t<0℃時，rpt100=100[1+at+bt2+ct3（t-100）] （1）="" （2）0℃≤t≤850℃時，rpt100="100（1+At+Bt2）" （2）="" 式中，a="3.×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。" pt100溫度傳感器的主要技術參數如下：測量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15＋0.002│t│）， B級±（0.30＋0.005│t│）；熱響應時間<30s；*小置入深度：熱電阻的*小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。 三、PT100溫度傳感器傾點溫度測量原理： 1、原理方框圖 根據傾點溫度測試的國內外要求—溫度每降2℃就要對油樣的凝結情況進行檢測，我們設計了測量過程（如圖1）。 2、電橋采集數據的電路圖及原理 Pt100電橋電路如圖2所示。其中，R1﹑R2﹑R3﹑RPt100組成電橋，R1=R2=R3=R0。為了避免流過Pt100傳感器的電流過大使其發熱進而導致非線性失真增大，電橋電壓不宜太高，一般要求Im<5mA，電橋電壓Vbrg=1V。電橋輸出壓差為： VD=（3） 令RPt100-R0=ΔR，則有： VD=（4） 由Pt100溫度/阻值對應關系式可知，當溫度較低時，Pt100的阻值變化量ΔR相對于R0較小，則電橋輸出壓差為： VD=，即VD正比于Pt100傳感器的阻值變化量ΔR，也說明溫度較低時，Pt100傳感器的線性度良好；當溫度較高時，ΔR/R0的值較大，Pt100傳感器的線性度變差，此時要用軟件來較正。 四、PT100溫度傳感器測量中的定量計算及誤差分析 1、運算放大器放大倍數的確定 由傳感器的溫度和阻值關系式可知，當溫度變化1℃時，Pt100的阻值變化約為0.38W，對應的電橋輸出壓差為：VD==0.001V。 若采用8位A/D轉換器，分辨率為0.0196V，則運算放大器的*小放大倍數應為20倍。若測溫的上限定為85℃ （傾點溫度一般小于該溫度）， Pt傳感器在85℃時的理論阻值為132.8W，電橋電壓為1V，則VD=0.V≈0.083V，即運放的*大放大倍數為60.3。綜合上述，可限定運放的放大倍數應在20～60之間。 2、誤差分析 （1）橋電壓Vbrg=1V時波動產生的誤差[2] 從上面的分析可知，在某一溫度時，Pt﹑R0不變，設電橋電壓有ΔVbrg（mV）的變化，就會導致VD有 （mV）的變化。在0℃時，ΔR=5W，則VD==0.013ΔV(mV)；若令ΔVD=1mV，則ΔV=76mV，即0℃左右，電橋電壓Vbrg有76mV波動，會引起1℃的溫度誤差；同理在85℃左右，電橋電壓有10mV的波動，則會引起1℃的溫度誤差。可見電橋電壓Vbrg=1V時的波動系數給對測溫帶來的誤差是很大的，應將其電壓波動限制在1mV的級別上。 （2）運放非線性產生的誤差 由于運放的放大倍數應在20～60之間，可將放大倍數定為50；若測溫范圍是0℃～85℃，則在0℃時，VD=13mV；在85℃時，VD=99.5mV，說明輸入信號的范圍在13mV～99.5mV之間變化。以平均值50作為放大倍數，此時輸入信號為13mV，換算出來的輸入電壓信號值為12.48mV，ΔVD=-0.52mV，將會引起約1.5℃的誤差。由此可見運放的非線性將會帶來大約1.5℃的誤差，在實際測量中，提高運放線性度以及運放放大倍數均可以減少由運放帶來的誤差。 （3）A/D轉換器非線性帶來的誤差 在實際應用中會發現，對同一模擬輸入信號Vi，經A/D轉換得出的數字量會有±1位的跳變，這是由A/D轉換器的判斷誤差造成的。A/D轉換器的一位跳變對應的電壓值，即為該八位A/D轉換器的分辨率，為0.0196V=19.6mV；折算到輸入端對應的電壓值為0.392mV，將會產生0.392℃的溫度誤差。 （4）A/D轉換器參考電壓Vref帶來的誤差 A/D轉換器采用逐次逼近式轉換器AD0809，其轉換速度較慢，如果輸入信號在轉換過程中不斷變化，則易發生錯誤，使用時應加采樣保持器，且只對本次采樣的信號進行轉換，以確保轉換信號可靠性。另外，在比較轉換過程中，Vref的變化會對輸出的二進制代碼有影響。在模擬輸入信號不變的情況下，若Vref變大，會導致輸出的二進制代碼變小；反之，則變大，從而導致了溫度誤差。 五、PT100溫度傳感器注意事項與結論
使用中應注意，由于熱惰性會使熱電阻阻值變化滯后，為消除誤差，應盡可能地減少熱電阻保護管外徑，適當增加熱電阻的插入深度使熱電阻受熱部位增加。要經常檢查保護狀況，發現氧化或變形應立即采取措施，并定期進行校驗。熱電阻應避免放置在爐旁或距加熱體太近，應盡量安裝在震動小的地方；同時為便于施工和維護。安裝位置應盡可能保持垂直，但在有原油流動時則必須傾斜安裝，接線盒出孔應向下。
由上面的分析可得，為了提高溫度測量的準確性，應使用1V電橋電源﹑A/D轉換器的5V參考電源要穩定在1mV級；在價格允許的情況下，Pt100傳感器﹑A/D轉換器和運放的線性度要高。同時，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在±0.2℃。
在CPU的應用
一般的溫度傳感器(無論是熱敏電阻或IC溫度傳感器)都需要很長的時間才能夠將熱傳導到傳感器的核心部份。根據National內部的實驗結果，從CPU把熱傳導到空氣中，再從空氣中傳導到溫度傳感器中，這個過程至少需要20分鐘以上的時間。如果散熱片(Heat Sink)沒裝好或風扇沒轉，不到二分鐘的時間，使用者的CPU可能就會燒毀。
　　所以，CPU廠商(Intel和AMD)將一顆3904埋入芯片中，我們稱這顆3904為遠程二極管（Remote Diode），因為它離溫度傳感器本身很遠。于是在短短幾個毫秒(mini-second)中，溫度傳感器便能**地偵測到CPU內部的溫度了。現在的技術要能做到1℃的**度已經不是很難的事，而且會變成PC和筆記本計算機的一個重要的趨勢。
　　在LM86(圖1)的運用實例中，通常T_CRIT_A的輸出信號用來做過溫度保護的功能，我們稱之為熱保護（Thermal Shutdown）。好處是當Windows或某一個應用程序造成系統死機時，LM86還能保護整個系統。而alert這個輸出信號便可以做為軟件中斷，以達到ACPI規格的要求。另外，LM86除了能接到CPU的Remote Diode之外，本身內部還有一顆傳感器（sensor），可以感測LM86所在的溫度。所以，前面所提到的PC的系統溫度和筆記本計算機的導熱管，便可以使用LM86的本地傳感器來偵測，不需要再花額外的成本去買另外一顆溫度傳感器。
　　* 繪圖芯片或3D加速芯片 - LM26, LM88
　　通常繪圖芯片也是不能被降頻來執行的，否則畫面會變成慢動作播放一般。那*好的方法還是加一散熱風扇。在這里就有兩個方式來激活和關閉風扇了，**個是便宜的做法，用LM26來偵測溫度(如圖2)，等達到某一個界限時便激活風扇，若溫度降下來了，便自動關閉風扇。**是采LM88來設計時髦的4段變速風扇控制器(如圖3)，讓不同溫度的狀況能夠有不同的轉速。
　　* Power MOSFET - LM26
　　無論是PC的電源供應器或者是筆記本計算機中的DC-DC轉換模塊，內部都會有一顆很燙的Power MOSFET。雖然電源部份都有一個風扇隨時在轉動，但是我們必須設想一件事：萬一風扇壞掉了，或者內部電路有發生短路的時候，怎么辦？利用LM26的過溫度保護功能，在極限溫度時能夠自動關閉電源而達到關閉（Shutdown）或甚至恢復（Recovery）的功能。
　　* PCMCIA - LM88
　　LM88本身并不被設計來做為風扇的4段變速控制器，而是能同時偵測二個待測物。一般筆記本計算機的PCMCIA插槽都有兩個，所以LM88是用來偵測PCMCIA的*佳選擇。由于LM88不需要用軟件來控制，所以我們不用擔心Windows死機或藍屏幕(Blue Screen)的問題。
雖然在過去的PC和筆記本計算機中，溫度傳感器并不起眼，也沒有工程師會去注意它的重要性，更不用說使用者能感覺到它的存在。但是，對整個系統這些重要芯片來說，它是很重要的保護者，尤其是當系統愈來愈高速且愈來愈熱之后，它的重要性也會更加明顯，并且能左右系統的穩定性。希望本文能夠帶給讀者一個清晰的印象，究竟溫度傳感器在PC系統中是扮演哪些角色？也希望工程師在驗證系統穩定性時，不妨考慮一下溫度傳感器的一些重要參數和功用。

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pt100溫度傳感器 原理：Pt100溫度傳感器_1

1 測溫原理
熱電阻（如Pt100）是利用其電阻值隨溫度的變化而變化這一原理制成的將溫度量轉換成電阻量的溫度傳感器。?
溫度變送器通過給熱電阻施加一已知激勵電流****測量其兩端電壓的方法得到電阻值（電壓/?電流），再將電阻值轉換成溫度值，從而實現溫度測量。

2 三線接法原理
PT100的阻值與溫度變化關系為：當溫度為0℃時PT100電阻體的阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即Rt=Rt0［1+α（t-t0）］　式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數。PT100熱電阻一般適用于-200~600℃范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠，在工程控制中的應用極其廣泛。
α=0.
t=100
t0=0
Rt0=100
將上面的參數帶入上面的公式就得出Rt的值如下：
Rt=138.5=100（1+0.（100-0））**
如下圖，增加一根導線用以補償連接導線的電阻引起的測量誤差。三線制要求三根導線的材質、線徑、長度一致且工作溫度相同，使三根導線的電阻值相同，即RL1=RL2=RL3。通過導線L1、L2給熱電阻施加激勵電流I，測得電勢V1、V2、V3。導線L3接入高輸入阻抗電路，IL3=0

熱電阻的阻值Rt：

由上圖Rt只與V1、V2、V3與I有關，而與電阻沒有干系，由此可得三線制接法可補償連接導線的電阻引起的測量誤差。

通常采用恒流源的方式將pt100接入電路，即下面的右圖方式。

恒流源電路的設計，有用三極管構成的，有用專門的恒流管，也有用價格低廉的器件通過比較巧妙的設計構成的，本系統是采用價格低廉的運放為核心來構成的，恒流效果十分理想，系統設計的恒流源電路見下圖2-2所示。

上圖中，由于運放虛地的結果，造成OP-07的反相輸入端為0V，而圖中1.5K電阻的下端由于運用精密的電壓源LM336-2.5，外加調整電路，該點電壓可調整為2.500V，而由于運放的輸入阻抗極高，輸入端可以認為不吸入電流，因此從1.5K電阻上流過的電流大小固定而且一定等于OP-07輸出端流入溫度傳感器PT100的電流，從而達到恒流的效果，連接PT100兩端的壓差正好反映溫度變化的信號送入后級的放大器。
這里值得注意的是恒流效果的好壞與下面幾個因素有關，圖示1.5K電阻的精度及溫度穩定性要好，我們采用的是高精度高穩定的電阻；還有是一定要選擇輸入阻抗高的運放，包括產生虛地處的運放（圖中OP-07）和后級的放大器（圖中的AD620），否則較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；最后一點是參考電壓（圖中是－2.5V）的穩定性要高，這里的參考電壓采用是LM336-2.5V作為參考電壓基準。

pt100溫度傳感器 原理：pt100溫度傳感器工作原理，pt100傳感器接線圖

展開全文
　　Pt100熱電阻作為溫度測量傳感器，通常與溫度變送器，調節器以及顯示儀表等配套使用，組成過程控制系統，用以直接測量或控制各種生產過程中-200℃-500℃范圍內的液體，蒸汽和氣體介質以及固體表面的溫度。熱電阻是利用物質在溫度變化時本身電阻也隨著發生變化的特性來測量溫度的。當被測介體中有溫度剃度存在時，所測的溫度是感溫元件所在范圍介質中的平均溫度。盡管各種熱電阻的外形差異很大，但是它們的基本結構卻大致相似，一般有感溫元件，絕緣套管，保護管，和接線盒等主要部分組成。
　　Pt100熱電阻的工作原理就是熱電阻是利用物質在溫度變化時，其電阻也隨著發生變化的特征來測量溫度的。當阻值變化時，工作儀表便顯示出阻值所對應的溫度值。有壓簧式感溫元件，抗振性能好；測溫精度高；機械強度高，耐壓性能好；進口薄膜電阻元件，性能可靠穩定等特點。
　　
　　熱電阻的測溫原理與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。
　　目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質，穩定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小；銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數大，適用于無腐蝕介質，超過150易被氧化。
　　中國最常用的有R0=102、R0=1009和R0=等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100.Pt1000; 銅電阻有R0=502和R0=兩種，它們的分度號為CU50和CU100。其中Pt100和CU50的應用最為廣泛。
　　Pt100，就是說它的阻值在0度時為100歐姆，PT100溫度傳感器是一種以鉑（Pt）作成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數，其電阻和溫度變化的關系式如下： R=Ro（1+aT） Pt100溫度傳感器的主要技術參數如下：
　　測量范圍：-200C~+850“C ;允許偏差值=C ：A級土（0.15 +0.002Itl）.B級土（0.30+0.0051tl） ;熱響應時間電流s5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。
　　pt100傳感器接線圖
　　
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pt100溫度傳感器 原理：熱電阻pt100溫度傳感器電路圖工作原理圖解

展開全文
　　PT100是一種正溫度系數的熱敏電阻。說到什么是正溫度系數？就必須要結合負溫度系數來講了。隨著溫度的升高，電阻的阻值變大，就是正溫度系數的熱敏電阻，相反，如果隨著溫度的升高，電阻的阻值變小，就是負溫度系數的熱敏電阻。　　PT100之所以應用很廣泛，不僅是因為它可以測的溫度范圍寬(零下幾十度到零上幾百度)，還因為它的線性度非常好。“線性度”，說的直白一點就是溫度每變化一度，電阻的阻值升高的幅度是基本相同的。這樣，就大大的簡化了我們的程序。　　不過，PT100也有它的缺點，就是溫度每上升一度，阻值變化太小了，只有0.39歐姆。這樣就需要硬件上提供高精度低噪聲的轉換。　　網上流傳有很多電路，很多電路其實都是不能當作產品用的。下面給大家提供一種高精度的電路，就是成本有些高，不過品質好。　　對于測溫電路，其實有很多可以值得研究的地方，小電路有大智慧。比如，你可以一眼就看出來這個電路不能測零下的溫度嗎？你可以計算出來這個電路可以測量的溫度范圍是從多少度到多少度嗎？你可以修改這個電路，讓它可以測到你所需要的溫度范圍嗎？如果把反相(-IN)和同相(+IN)兩條線調換，后果如何？　　看看，你覺得電路簡單，那么上面的問題都可以回答嗎？　　電路解釋：　　越簡單的電路，穩定性就越好。該電路中的四個電阻都需要用0.1%精度的。電路只用了一個電橋和一個差分放大器。R2 R3 R4與PT100組成電橋電路，REF3030為電橋電路提供標準的3.00V電壓。AD623用一個2K的放大反饋電阻精確的把電橋的壓差放大51倍。（為什么是51倍，詳見AD623的datasheet）　　PT100接法：　　細心的小伙伴，會研究一下PT100的接法。PT100一般有兩線和三線的傳感器。因為線本身肯定有電阻，而上面也提到過，每變化一度，PT100只變化0.39歐姆，那么如果PT100的線很長的話，電阻就越大，線不同，電阻就不同，就肯定會大大的影響測出來的結果。所以，你現在就可以理解了，兩線制的PT100，只適合短距離的應用。長距離的應用，就要用三線制。再讓我們看看三線制是如何把電線上的電阻影響排除的。算了，還是下篇再講吧，這個要畫幾個圖才講的清楚，時間不早了，懶得畫了。　　測溫范圍：　　假設現在是0度，那么PT100的阻值就是100歐姆，在電路中的話，電橋的壓差就是0V，所以最后也是0V，也就是測到0V的話，就是0度。假設現在零下一度了，PT100的阻值就小于100歐了，同相的電壓就會比反相的電壓小，得到的電壓永遠就0V了，所以這個電路就測不到0度以下。　　AD623最大輸出3.3V電壓，3300/51=64.7mV，也就是說，電橋的壓差，最大只能是64.7mV，再大的壓差，AD623的輸出也最大是3.3V了。反相臂的電壓，固定是(3000/2100)*100=142.86mV，那么同相臂的電壓最大只能是142.86+64.7=207.56mV，對應PT100的電阻就等于207.56/((3000-207.56)/2000)=148.66歐姆。　　然后再查表，就可以看出，最大測溫點差不多就是個127度。所以這個電路的測溫范圍就是0~127度。