铂电阻数字温度计课程设计报告专业班级：测控技术与仪器063班学生学号：*********学生姓名：***指导教师：***设计时间：2009年5月一、设计任务与要求1．铂电阻线性电路的设计；2．消除引线影响；3．ICL7107显示数控电路的应用；4. MATLAB和PROTEUS仿真；5. 设计一个量程为0-300℃，分辨率为1℃的铂电阻数字温度计；二、电路原理分析与方案设计利用铂电阻温度传感器、随温度变化信号的线性化技术、消除引线电阻的影响并使用ICL7107显示电路制作一个量程为0～300℃，分辨率为1℃的铂电阻数字式温度计。
电路原理图如下：三、单元电路分析与设计1.铂电阻PT100温度传感器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环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器。
能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：(1)电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；（3）材料的复现性和工艺性好，价格低；（4）在测量范围内物理和化学性质稳定，目前，在工业中应用最广的材料是铂和铜。
铂电阻与温度之间的关系，在0～630.74℃范围内可用下式表示：R T=R0(1+A*T+B*T^2)在-200～0℃的温度范围内为R T=R0[(1+A*T+B*T^2+C*(T-100℃)T^3)]式中：R0和R T分别为在0℃和温度T时铂电阻的电阻值，A、B、C为温度系数，有实验确定，R0=100Ω,A=3.90802e-3℃^-1，B=-5.80195e-7^-2,C=-4.27350e-12℃^-4。
铂电阻广泛应用于-200～850℃范围内的温度测量，工业中通常在600℃以下。
铂电阻随温度变化曲线：二、线性化技术1．原理及线路①（假设理想放大）V∑=(R0*V R)/(R0+R1)(V R-V∑)/R1=-(V A-V∑)/R TV A=-RT*(V R-V∑)/R1+V∑=-(RT*V R)/R1+(R0+R1)*V∑/R1=-(RT*V R)/R1+((RT+R1)*R0*V R)/(R1*(R0+R1))=(-RT*R0-RT*R1+RT*R0+R0*R1)*V R/(R1*(R0+R1))=(-RT+R0)*V R/(R0+R1)②V∑=(V R-KA)*R0/(R0+R1)+KA=.....=-(V A-V∑)/R TV A=-RT*(V R-V∑)/R1+V∑=(R0-RT)*V R/(R0+R1-K(R1+RT))----------------<1>令R0=R2+R3*R4/(R3+R4) 校正系数K=R3/(R3+R4)③V A=(R0-RT)*V R/(R0+R1-K(R1+RT))=(R2+R3∥R4-RT)/(R2+(R3∥R4)+R1-R3*(R T+R1)/(R3+R4))--------<2>线性化电路如上图所示。
图中VR是参考电压源，RT是铂热电阻温度传感器，电路的输出电压VA与VT的关系如式<2>，当RT=R0时，VT=0；参考源VR采用负值时，VT随RT的增加而增加。
在式<2>中选择适当的校正系数K，可改善温度与铂热电阻值之间的二次非线性关系。
2.K的求法K值采用三点零误差法求取，首先把测温区分为三等分,所得三个温度点有低至高TL、TM、TH,相对应的铂电阻阻值RT分别为RL、RM、RH。
线性化电路的输出分别为VA(L)、VA(M)、VA(H)。
由于TH-TM=TM-TL-------------<3>故有相对应的线性化电路三点输出值也需在同一条直线上（即非线性误差为零）。
即 VA(H)-VA(M)=VA(M)-VA(L)---------<4>2*VA(M)=VA(H)+VA(L)-------------<5>将线性化电路的输出表达式<1>VA(RT,K)代入上式得2*VR(R0-RM)/(R0+R1-K(R1+RM))=VR*(R0-RH)/(R0+R1-K(R1+RH))+VR*(R0-RL)/(R0+R1-K(R1+RL))约去VR，求得K.K=(R0+R1)*(2*RM-RH-RL)/(RM*RL+RM*RH-2*RL*RH+R1*(2*RM-RH-RL))----<6> 经校正后的电压-温度曲线VT=f（T）的形状如右下图仿真所示，其最大误差发生在量程的约20%处，最大正误差发生在量程的约80%处。
在量程的起点TL、中点TM、终点TH的误差均为零。
在600℃量程范围内，最大误差的理论计算值小于0.05%。
三、引线电阻消除技术铂热电阻是以其电阻变化来反映温度变化的，如从传感器连接到仪表的引线过长，引线电阻将带来测量误差。
消除引线电阻的影响的电路如下图所示。
铂热电阻RT采用三线接法，图中，RL是等效的引线电阻，电路的分析如下式：V1=(2*RL+RT)*Vi/R1------------<7>VL=(RL+RT)*V1/(2*RL+RT)=(RL+RT)*Vi/R1-------<8>(V0-VL)/R=(VL-V1)/R----------<9>V0=-V1+2*VL---------<10>将式<7>、<8>代入式<10>，得 V0=-RT*Vi/R1式<10>表明，在理想情况下，引线电阻RL的影响已被完全消除。
实际的情况则要考虑电阻的容差和右侧运放的失调影响。
消除引线电阻影响的铂电阻线性化电路如下图所示。
采用误差为1%的金属膜电阻和通用型运放，输出VT经模拟开关接3 1/2位模数转换器ICL7107，其最大误差如下表所示：量程范围（℃）分辨率（℃）最大误差（%满量程）-50～200 0.1 ±0.08-100～400 1 ±0.20-50～600 1 ±0.30四、ICL7107显示数控电路的应用ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。
它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。
管脚功能：数码管连接端：2—8脚个位、9—14脚十位、15—19脚千位、22—25脚百位；高低电位：1脚V+和26脚V_；21脚数字接地；30—31脚信号输入端；32脚模拟接地；36脚调到100mv；37脚测试端。
LM324引脚图资料与电路应用：LM324引脚图资料与电路应用 LM324资料： LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。
，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324引脚排列见图1。
2。
lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。
lm124是军品；lm224为工业品；而lm324为民品。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。
《lm324管脚图》《lm324原理图》《lm324工作电压》四、安装与调试1．调试过程描述（一般分静态调试与动态调试两大内容）根据电路原理和相关电路图选择好各元器件并焊接好整块电路板后，连接电源，通过电阻箱，进行整机调试。
首先进行静态调试，由先前做好的±5V直流稳定电压源对整机上电。
<1>、调A/D转换器基准电压：调节电位器W3，并用万用表200mv档测量ICL7107的36脚（VREF HI）、35脚（VREF LO）基准电压,使得其基准电压为VREF=100mv。
<2>、调温度计零位（RT=R0）：再把电阻箱打到100Ω档，调节电位器W1，使得数码管显示值为00.0。
其次进行动态调试，将电阻箱调到212.02Ω，即对应温度为300℃，调节电位器W2，使得数码管显示值为300；随后分别在0～300℃范围内所对应的电阻值100Ω～212.02Ω之间选取适当数值（例如： 114.8Ω、138.50Ω、165.87Ω、175.47Ω等）进行调试，对照PT100铂热电阻分度表观察显示温度值与电阻值是否相对应，如对应一致，则调试成功，否则要检查相应电路找出毛病并修改后继续进行调试至成功。
2、仿真结果与实测数据进行对照：五、结论与心得本次课程设计在前期原理分析与仿真过程遇到很多的问题，花费了较多时间在不断地摸索中寻找到了答案，例如，由（TL、VL）、（TM、VM）、（TH、VH）三点求得直线时斜率计算精确度不够导致曲线不够准确，因为取点位数一定时，三点当精确到0.0001之后有稍偏离同一直线的倾向，所以按（TL、VL）、（TH、VH）两点计算可得出较为准确的结果，即使（TM、VM）只是左右偏离，也会在同一水平线上。
在焊接过程中，器件选择时由于实验室电阻盒子上标称值不太清楚，开始焊接前也未用万用表重新量过，导致误把4.7K当作47K电阻来用，随后其余的均通过万用表测量进行选择，焊接过程较快。
之后进行整机调试，基准电压和零位调整较快，在调温度测量选择时，0℃调节好后，300℃数码管显示正常，但是在中间点150℃的时候的误差值较大。
开始时以为分压电阻选错，进行了调节并更换了电阻和电位器，还是不成功；后来通过仿真，发现理论电路计算无错误出现，拿万用表测VT端电压，显示也正确；之后确定送显示部分有问题存在，电路中粗测了各选择电容和电阻器件，也都没有错误，估计原因是电路中存在的误差。
在整个课程设计过程中，从每一个细节入手，一点点积累，一步步理解攻破，从中既将学到的知识应用到了具体实践当中，又增加了自己的实践操作和查错排错能力。
得出一个道理：努力的过程需要坚持，缺少每一步都不可能将目标完整的实现；实践的过程需要细心，只有细致效率才更高，才能将每个步骤完美的完成。