铂电阻温度特性曲线图分析 浅谈铂电阻应用原理

　　本文主要是关于铂电阻的相关介绍，并着重对铂电阻温度特性曲线图进行了详尽的分析。

　　铂电阻

　　铂电阻，简称为：铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。它有PT100和 PT1000等等系列产品，它适用于医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

　　组成部分

　　常见的Pt100感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。

　　薄膜

　　薄膜铂电阻：用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2微米以内，用玻璃烧结料把Ni（或Pd）引线固定，经激光调阻制成薄膜元件。

　　特性

　　导体的电阻值随温度变化而变化，通过测量其电阻值推算出被测物体的温度，这就是电阻温度传感器的工作原理。Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为：

　　（1） -200℃《t《0℃时，RPt100=100［1+At+B +Ct（t-100）］ （2-1）

　　（2）0℃≤t≤850℃时，RPt100=100（1+At+B ） （2-2）

　　式中，A=3.90802× ；B=-5.80× ；C=-4.2735× 。

　　Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15+0.002│t│），B级±（0.30+0.005│t│）；热响应时间《30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

　　铂电阻温度特性曲线图分析

　　金属铂电阻器性能十分稳定，在-260～+630℃之间，铂电阻用做标准温度计；在0～+630℃之间，铂电阻与温度的关系如下： 

　　其中（0℃时电阻）R0=100，A=3.9684×10-3，B= -5.847×10-7。

　　

　　有了温度与铂电阻的关系式，我们可以建立以下的模型，如图14-1所示。以V1代表温度T，压控多项式函数模块用来实现上述函数，其输出为电压值，由铂电阻的原理，模型模拟的应是电阻值，所以再加一个比例系数为1的压控电阻，因此输出电阻值按算式随温度值的变化而变化。

　　测量电路组成与原理 ： 当温度变化时，热电阻的阻值随温度的变化而变化。对温度的测量转化为对电阻的测量，可将阻值的变化转化为电压或电流的变化输入测量仪表，通过测量电路的转换，即可得被测温度。测温电路由以下4部分组成。  1）稳压环节： 

　　稳压环节用于为后面的电路提供基准电压，如图14-2所示。稳压二极管稳压电路的输出端接电压跟随器来稳定输出电压。电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的优点。

　　

　　稳压二极管稳压电路是最简单的一种稳压电路，它由一个稳压二极管和一个限流电阻组成。从图14-3的稳压管稳压特性曲线可以看到，只要稳压管的电流，则稳压管就使输出稳定在附近，其中是在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的反向工作电压。限流电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。

　　

　　设计稳压二极管稳压电路首先需要根据设计要求和实际电路的情况来合适的选取电

　　路元件，以下参数是设计前必须知道的：要求的输出电压、负载电流的最小值 和最大值（或者负载的最大值和最小值）、输入电压的波动范围。

　　基本放大电路 

　　     本设计没有采用电桥法测量铂电阻，是因为铂电阻测温采用单臂电桥，单臂电桥本身存在一定的非线性，为了避免电桥引入的非线性，所以采用放大电路测温。

　　

　　矫正环节 

　　虽然在图14-1的模型中温度的二次项系数很小，但仍存在一定程度的非线性。图14-6为铂电阻测温的总体电路。

　　

　　其中由运放U3和电阻R8、R9、R15组成的反向比例放大器为电路引入负反馈，可使电路输出的线形度变好。 4）输出范围的调节 

　　 铂电阻的阻值小且变化范围小，为了使输出变化明显，总体电路中又加上了反向比例放大电路，调节RW3的值可以调节输出电压的范围。 14.2.3 整体电路分析与设计 

　　铂电阻测温的整体测量电路如图14-6所示，它由上节所介绍的各部分电路所组成，其中RW1用于基本放大电路调零，RW2用于调线性，RW3用于调节电压放大倍数。D1为稳压值为10V的稳压二极管，其最大直流电流为143mA。下面我们来对电路进行分析，并确定电路的参数。 1）稳压环节分析 

　　      将图14-6所示的稳压环节的输出端接一个负载电阻，如图14-7所示。为了确定这一负载电阻的大致范围，将与稳压环节相连的放大电路的输入端改接一个10V的直流源，然后对电路进行传递函数分析，其设置如图14-8所示，将新加入的直流源作为输入源（图中的vv11），电路的总输出端作为输出节点，接地端作为参考节点。传递函数分析的结果如图14-9所示，输入阻抗约为1.8KΩ。

　　

　　下面我们来分析电压跟随器在电路中的作用。将图14-7中运放的正输入端接一个10V的直流电压源，然后对修改后的电路进行传递函数分析，结果如图14-12所示，可见电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗。

　　

　　对图14-7所示的电路进行参数扫描分析，观察负载电阻R2变化对输出电压的影响。使R2在1Ω到10KΩ之间均匀的取10个值，然后对输出节点22进行直流工作点扫描，结果如图14-13所示。将图14-7中的电压跟随器去掉，将负载电阻R2直接与稳压二极管稳压电路的输出端相连，然后仍按上面的设置对R2进行参数扫描分析，分析结果如图14-14所示。比较图14-13和图14-14可知，由于电压跟随器的输入电阻较大，则流过R1的电流基本全部流向稳压二极管，且电压跟随器隔离了负载电阻变化对二极管稳压电路的影响，所以加电压跟随器的稳压电路，在稳压范围内输出电压较稳定，且约等于10V。

　　

　　铂电阻温度特性分析 

　　在图14-6的总测量电路中，对铂电阻模块进行直流扫描分析，观察测量温度与铂电阻阻值的关系。直流扫描分析的设置如图14-15所示，扫描电源为模拟测量温度数值的电压源V1，扫描范围为0V～500V（即模拟0℃～500℃的变化），观察节点2和15间的电压差的变化（模拟铂电阻的变化）。直流扫描分析的结果如图14-16所示，其中实线为分析所得的数据，虚线为连接实线两端点所得的直线，可见铂电阻的阻值与温度的关系存在非线性。因此需要调节RW2来调节负反馈的程度，从而矫正输出电压与温度的非线性关系。

　　

　　

　　RW1作用分析 

　　将滑动变阻器RW1用一个任意大小的电阻代替，然后对该电阻进行参数扫描分析，观察RW1变化时，输出电压在什么时候接近于零。RW1阻值的扫描范围为1KΩ到100KΩ，从图14-17的分析结果可知，RW1取大约90KΩ左右时，输出端电压才接近于零，所以应取100KΩ的滑动变阻器来进行调零。最后调节滑动变阻器RW1使其两端阻值约为93.1 KΩ。 

　　14.2.4实验数据处理 

　　从0℃开始到100℃，电路每变化5℃读一次数，得表14-1 实验数据

　　

　　结语

　　关于铂电阻的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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