使用Pt100热电阻测量加热源的温度

一、任务目标

通过本任务的学习，帮助学生了解热电阻的分类，掌握金属热电阻的工作原理，学会使用Pt100 热电阻测量加热源温度。

二、任务分析

练习

（1）热电阻常用的有________和________两种，Pt100 测温范围是________，Cu50 测温范围是________，确定温度范围时要留一定的余量，比如测的介质温度一般在130 ℃时，选择Cu50 就不合适，因为余量太小，很可能最高温度就超过150 ℃而无法测量。目前，________一般用于测量室温；________则应用较广，如蒸汽的温度测量、烤箱的温度测量等。

（2）目前热电阻的引线方式有________、________和________三种，其中________可以消除环境温度变化所引起的测量误差，是工业过程控制中最常用的引线电阻。

思考

如何根据传感器的测温范围和精度要求选用相应的热电阻材料？

三、任务实施

1.认识Pt100 热电阻传感器

本任务所使用的Pt100 热电阻传感器如图3-36所示，除了Pt100 热电阻传感器（2 只），任务的实施还要用到直流稳压电源、智能调节仪、加热源、温度传感器实验模块。

2.Pt100 热电阻测量温度的工作原理

利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换成电信号，即可得到被测温度。

3.任务实施步骤

1）重复任务一中任务实施步骤中的1）～2）。

2）将Pt100 热电阻插入加热源。将加热源的温度稳定在50 ℃时，在加热源另一个温度传感器插孔中插入Pt100 热电阻。

图3-36　Pt100 热电阻传感器

3）差分放大器调零。参考任务一中任务实施步骤4）。

4）Pt100 热电阻测温。拔掉短接线，实物接线如图3-37（a）所示，实物如图3-37（b）所示，并将Pt100 的3 根引线插入温度传感器实验模块中Rt 两端（其中颜色相同的两个接线端是短路的）。将电桥的输出接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2 的电压值。改变加热源的温度，每隔5 ℃记下Uo2 的输出值，直到温度升至120 ℃，并记录实验结果，填入表3-7中。

图3-37　Pt100 测量加热源温度接线图

（a）接线电路图；（b）实物图

表3-7　Pt100 测温电路输出电压与温度的关系

5）实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

4.数据处理(www.xing528.com)

1）根据表3-7数据绘制Pt100 热电阻的输出电压与温度的关系曲线（Uo-T 曲线），如图3-38所示。

图3-38　Pt100 热电阻Uo-T 曲线

2）分析Pt100 的温度特性曲线，并计算其非线性误差和灵敏度。

5.任务内容和评分标准

任务内容和评分标准见表3-8。

表3-8　Pt100 热电阻温度测量评分表

四、任务拓展

常用的热电阻有铂热电阻Pt100 和铜热电阻Cu50 两种，铜热电阻Cu50 的测温范围为-50～150 ℃，加热源的温度控制在0～120 ℃，正好也在铜热电阻Cu50 的测温范围内，请试着用铜热电阻Cu50 测量加热源温度，并根据测量数据说说在相同的温度变化下，哪种热电阻的阻值变化大。

1.仪器设备及器材

智能调节仪、温度源、温度传感器实验模块、铂热电阻Pt100、铜热电阻Cu50、±15 V电源、数显单元。

2.工作原理

温度在-50～150 ℃范围内，铜电阻阻值与温度关系几乎是线性的，当温度变化时，铜热电阻Cu50 的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换为电信号，即可得到被测温度。

3.实验步骤

1）重复任务一中任务实施步骤1）～2）。

2）将Cu50 热电阻插入加热源。将加热源的温度稳定在50 ℃时，在加热源另一个温度传感器插孔中插入Cu50 热电阻。

3）差分放大器调零。参考任务一中任务实施步骤4）。

4）Cu50 热电阻测温。拔掉短接线，按图3-39接线，并将Cu50 的3 根引线插入温度传感器实验模块中Rt 两端（其中颜色相同的两个接线端是短路的），同时将电阻R6 和R7并联。将电桥的输出接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。改变加热源的温度，每隔5 ℃记下Uo2 的输出值，直到温度升至120 ℃，并记录实验结果，填入表3-9中。

图3-39　Cu50 测量加热源温度接线图

表3-9　Cu50 测温电路输出电压与温度的关系

5）实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

4.任务内容和评分标准

任务内容和评分标准见表3-10。

表3-10　Cu50 热电阻温度测量评分表