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什么是铂电阻温度计——电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

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一、什么是铂电阻温度计

根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件,主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计,在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。精密的铂电阻温度计[1]是目前最精确的温度计,温度覆盖范围约为14~903K,其误差可低到万分之一摄氏度,它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标,用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的;半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。

电阻温度计

利用导体电阻随温度变化而改变的性质而制成的测温装置。通常是把纯铂细丝绕在云母或陶瓷架上,防止铂丝在冷却收缩时产生过度的应变。在某些特殊情况里,可将金属丝绕在待测温度的物质上,或装入被测物质中。在测极低温的范围时,亦可将碳质小电阻或渗有砷的锗晶体,封入充满氦气的管中。将铂丝线圈接入惠斯通电桥的一条臂,另一条臂用一可变电阻与两个假负载电阻,来抵偿测量线圈的导线的温度效应。电阻将按下列公式随温度发生变化:

R=R0(1+aθ)

式中R是θ℃的电阻,R0是0℃时的电阻,a是常数。比较精确的式子是:

R=R0(l+aθ+bθ2)

式中b是第二个常数。电阻温度计在-260℃~+1200℃范围内,可作极精确的测定。它适用范围广,远远超出水银温度计。可作测温的标准。

电阻温度计的技术参数:

测量范围Pt385-190℃~790℃(-310~1454℉)

Pt3916-190℃~615℃(-310~1139℉)

Pt3926-190℃~615℃(-310~1139℉)

分辨率0.1℃/0.1℉/0.1K

误差值±(0.05%rdg+0.5℃)

±(0.05%rdg+0.9℃)

温度系数每1℃的变化少于0.1倍的额定规格值

取样率1次/秒

操作/储存环境条件0oC~40oC<80%RH

-10oC~60oC<(低于70%之相对湿度)

电源供应6颗AAA规格电池

电池寿命约300小时(不包括背灯、蜂鸣器)

尺寸152(长)×72(宽)×37(高)mm

二、电阻温度计定义

电阻温度计是一种利用导体电阻随温度变化而改变的原理来测量温度的设备。这种温度计广泛应用于各类温度测量场景,具有使用方便、可靠性高、测量范围广等优点。其中,最常用的电阻温度计是采用金属丝绕制成的感温元件,主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计。在低温测量领域,还有碳、锗和铑铁电阻温度计等选择。精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计,其测量范围为14~903K,误差可低至万分之一摄氏度,是国际实用温标的基准温度计。我国还采用一等和二等标准铂电阻温度计传递温标,用其作为标准检定水银温度计和其他类型温度计。

根据电阻值随温度变化这一特性,电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计两大类。金属温度计主要使用铂、金、铜、镍等纯金属及铑铁、磷青铜合金制作。而半导体温度计则通常采用碳、锗等材料。在实际应用中,通过将铂丝线圈接入惠斯通电桥的一条臂,使用可变电阻与两个假负载电阻抵消测量线圈的温度效应,可以实现高精度的温度测量。

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

2016-03-0918:37·玩转嵌入式
惠斯通电桥铂电阻串联电阻

1.电阻桥定义解释

惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路,这四个电阻分别叫做电桥的桥臂,惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化,单片机采集可变电阻两端的电压然后处理,就可以计算出相应的物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。其电路形式如下图所示。

在电桥中有三个电阻阻值是固定的分别为R1,R2,R3,第四个电阻是可变的为Rx,Rx发生变化时,图中B,D两点之间的电压发生变化,通过采集电压的变化就可以知道环境中物理量的变化,而从实现测量的目的。下面举例介绍电桥电路的计算方式。

2.电阻桥相关计算

假设流过R1,R2桥臂的电流为I1,流过R3,Rx桥臂的电流为I2,电桥供电电压为VCC,如下图所示。

通过欧姆定律可以计算出每个电阻两端的电压。在R1和R2这两个桥臂上,R1,R2将VCC电压分压,R2电阻两端得到的电压即为V1;在R3和Rx这个桥臂上,R3,Rx将VCC电压分压,R3电阻两端得到的电压即为V2。下面分别用欧姆定律计算V1和V2。

流过电阻R1和R2的电流I1:

R2两端的电压V1:

流过电阻R3和Rx的电流I2:

R3两端的电压:

V1和V2的电压差:

由此可以看出:

  • 如果4个电阻都相等,即R1=R2=R3=Rx,那么ΔV=0,即电桥处于平衡状态;

  • Rx发生变化会导致△V发生变化;

  • 3.电阻桥的应用

    在实际使用中,我们通常将其中三个电阻值固定,而将另外一个电阻换成热敏电阻、压敏电阻、PT100等,这时候就可以用电桥来测物理量了。如果将PT100接入电桥,随着环境温度的变化,PT100的阻值发生变化导致ΔV发生变化,将差分电压ΔV通过差分运放放大后进入单片机的AD采样,再对照PT100的电阻-温度对应表就可以知道当前环境的温度了。

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    惠斯通电桥铂电阻串联电阻
    发布人:bwfmek7785911 发布时间:2024-10-19