传感器课程实验：Pt100 铂电阻测温特性实验_pt100铂电阻测温特性实验

Pt100 铂电阻测温特性实验

骆苏-一只小菜鸡

一、实验目的与任务

1. 了解铂热电阻的特性与应用；
2. 熟悉铂热电阻测温电路；
3. 利用 P100 铂电阻测量温度源的温度；
4. 记录温度与测量电路电压输出数据。

二、实验原理

利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，
稳定性好，电阻率高，电阳与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻(650°C
以内）和铜电阻 （150°C以内）。铂电阻是将 0.05~0.07mm 的铂丝绕在线圈的骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。在0~650°C以内，它的电阻 $R_t$ 与温度t的关系为： $$R_t=R_0\left(1+At+B{t}^2\right)$$

式中： $R_0$ 是温度为0°C时的电阻。本实验铂电阻 $R_0=100\Omega$ ,$A=4.9684\times 10^{-3}/°C$,$B=-5.847\times 10^{-7}/°C^2$
。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线，另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响（近距离可用二线制，导线电阻忽略不计）。实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，经放大器放大后直按用电压表显示。

三、实验设备

主机箱、温度源、Pt100热电阻（二支）、温度传感器实验模板、万用表（自备）。

四、实验内容

（一）、实验操作

1. 用万用表欧姆档测出 P1100 三根线中其中短接的二根线（同种颜色的线）设为1、2，另一根线设为3，并测出它在室温时的大致电阻。
2. 在主机箱总电源，调节仪电源都关闭的状态下，再正确接线，温度传感器实验模板中a、b（Rt) 两端接传感器，这样传感器（Rt）与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。
3. 实验模板的放大器调零：将图4-17中温度传感器实验模板的放大器的两输入端引线暂时不要引入，而用导线直接将放大器输入端短接，输出端连接电压表，将增益电位器调到最低，再调节调零电位器至电压表示数为0。
4. 关闭主机箱电源开关，将实验模板中放大器的输入端线连接无误后，合上主机箱电源开关。
5. 开始使温度源升温，在室温到100°C范围内每隔5°C记录下输出电压值。
6. 画出实验曲线并计算其非线性误差。实验完毕，关闭所有电源。

（二）、数据处理

表-铂电阻温度实验数据

图-Pt热电阻输出电压随温度变化关系

非线性度为3.4764%

五、 实验思考

画出铂热电阻测温电桥的三线连接电路

附录：数据处理代码

%% ------------- Pt热电阻实验 ------------ %%
% 代码功能：处理实验数据--Pt热电阻实验
% 代码语言：matlab脚本
% 输    入：
%           温度T；单位：摄氏度
%		    输出电压V；单位：mV
% 输    出：
%           灵敏度S；单位：mv/摄氏度
%		    非线性误差δ；单位：1
%
% 编写时间：2022年4月14日
% 更新时间：2022年4月14日
% 编 写 人: 骆苏
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%% 程序初始化
clc;clear;close all;

%% 〇、输入实验数据
t= [31.1	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100];% 温度，单位：摄氏度
V = [37.199	43.943	52.393	60.801	68.917	77.347	84.792	92.788	100.908	108.868	116.622	124.072	131.292	139.172	147.005];% 输出电压，单位：mV

%% 一、进行线性拟合
[p,V_fit,D] = fit(t,V);

%% 二、绘制实验曲线
plot(t,V,'-o','Color','b','LineWidth',1.5,'MarkerSize',6);
hold on;
plot(t,V_fit,'--x','Color','r','LineWidth',1.5,'MarkerSize',6);
%text(40,120,['灵敏度',num2str(p(1)),'V/mm,非线性度',num2str(D),'%']);  %指定位置标注
text(40,100,{['灵敏度',num2str(p(1)),'^{\circ}C/mV'],['非线性度',num2str(D),'%']});  %指定位置标注
legend('show');
legend({'Pt电阻实验电压曲线','Pt电阻拟合电压曲线'});
legend('Location','southeast');
grid on;
title('Pt热电阻输出电压随温度变化关系')
xlabel('温度t/^{\circ}C');
ylabel('输出电压V/mV');

%% 三、输出实验结论
fprintf('铜材料非线性度为%4.3f%% \n',D);




%% 附、子程序部分

function [p,y_fit,D] = fit(x,y)
%%%%--------  线性拟合  --------%%%%
% 代码功能：  对输入数据进行最小二乘拟合，返回拟合值结果与非线性度
% 编写语言：  matlab脚本
% 输   入： 
%           自变量数据集x，单位：无关；浮点行向量
%           因变量数据值y，单位：无关；浮点行向量
% 输   出： 
%           拟合多项式p，单位：1；二维行向量（斜率，截距）
%           拟合值y_fit，单位：无关
%           非线性度D%，单位：1；百分数
%
% 编 写 人： 骆苏
% 编写时间： 2022年4月11日
% 更新时间： 2022年4月11日
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% 进行拟合
p = polyfit(x,y,1);
% 计算拟合值
y_fit = polyval(p,x);
% 计算拟合误差
d = (y-y_fit)./y;
% 计算非线性度
D = max(abs(d))*100;

end
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