基于恒流源驱动的热电阻测温电路系统的设计与研究
热敏电阻温度计设计实验报告
热敏电阻温度计设计实验报告热敏电阻温度计设计实验报告引言：温度是我们日常生活中非常重要的一个物理量，它直接影响着我们的生活质量和健康状况。
因此，准确测量温度是科学研究和工程应用中的一个重要问题。
本文将介绍热敏电阻温度计的设计实验，通过实验验证其温度测量的准确性和稳定性。
一、热敏电阻的原理热敏电阻是一种电阻值随温度变化而变化的电阻元件。
其工作原理是基于材料的温度系数，即温度变化会导致材料电阻值的变化。
常见的热敏电阻材料有铂、镍、铜等。
在本实验中，我们选用了铂作为热敏电阻材料。
二、实验装置本实验使用了以下装置和元件：1. 热敏电阻：选用了铂热敏电阻，具有较高的灵敏度和稳定性。
2. 恒流源：为了保证热敏电阻上的电流恒定，我们使用了一个恒流源。
3. 电压表：用于测量热敏电阻两端的电压。
4. 温度控制装置：通过控制加热电流的大小，来控制热敏电阻的温度。
三、实验步骤1. 将热敏电阻连接到恒流源上，并将电压表连接到热敏电阻的两端。
2. 打开恒流源，并调整电流大小，使热敏电阻上的电流保持恒定。
3. 打开温度控制装置，并设置所需的温度。
4. 等待一段时间，直到热敏电阻的温度稳定下来。
5. 使用电压表测量热敏电阻两端的电压，并记录下来。
6. 将温度控制装置的温度调整到其他值，重复步骤4和5。
7. 根据测量结果绘制出热敏电阻的电阻-温度曲线。
四、实验结果与分析根据实验数据，我们绘制了热敏电阻的电阻-温度曲线。
从曲线可以看出，热敏电阻的电阻值随温度的升高而增加。
这符合热敏电阻的特性。
在实验中，我们还发现热敏电阻的灵敏度较高，即单位温度变化引起的电阻变化较大。
这使得热敏电阻在温度测量领域有着广泛的应用。
此外，我们还测试了热敏电阻的稳定性。
通过多次测量同一温度下的电压值，我们发现其变化范围较小，表明热敏电阻具有较好的稳定性。
五、实验误差分析在实验过程中，可能存在一些误差来源，如电流源的漂移、电压表的测量误差等。
这些误差可能会对实验结果产生一定的影响。
基于恒流源的测温电路设计
基于恒流源的测温电路设计摘要本文简要介绍了温度传感器测量温度的方法以及铂电阻Pt100的特性，在此基础上阐述了基于Pt100的温度测量系统设计。
在本设计中，是以铂电阻Pt100作为温度传感器，采用恒流源测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。
本设计采用了四线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及Pt100自身的误差，使测温精度在0℃～100℃范围内达到±0.1℃。
本设计采用A T89S51单片机，ADC0801模数转换器，OP07运算放大器，铂电阻Pt100以及恒流源产生电路和4个数码管组成系统，通过Keil C51软件编写了相应的软件程序,并在Protues软件上绘制电路原理图并仿真，使其实现温度的测量并显示。
该系统的特点是：使用简便、测量精确、稳定、可靠、测量范围大、使用对象广。
关键词：Pt100，温度测量，单片机Design of temperature measuring circuit based on constant currentsourceElectronic information science and technology 11-2 ZhangYu-MingSupervisor HuoHuAbstractThis paper describes the method for measuring temperature based on temperature characteristics and characteristic of a Pt100 platinum resistance sensors. it elaborated temperature measurement system design based on Pt100. In this design, we using a Pt100 platinum resistance temperature sensor, using a constant current source method,controlled by the microcontroller, collect temperature signal acquisition by amplifier, A / D converter.This design adopts four wire platinum resistance temperature measurement circuit, through the design of the circuit, reduces the measuring circuit and Pt100’s own error, the temperature measurement accuracy within the range of 0 ℃ ~ 100 ℃ to + / - 0.1 ℃ .This design USES A T89S51, ADC0801 AD converter, OP07 amplifier, Pt100 platinum resistance and constant current source circuit and four digital compose system,the software program is written by Keil C51, and the schematic diagram of the circuit is drawn on the Protues, the realization of temperature measurement and display. The characteristics of the system is: use of simple, measuring accuracy, stable and reliable, large measuring range, wide using field.Key words：Pt100，T emperature measurement ,microcontroller,1绪论 (4)1.1温度传感器的发展 (4)1.1.1模拟式温度传感器 (6)1.1.2数字式温度传感器 (6)1.1.3.逻辑输出温度传感器 (6)1.2温度传感器的应用方法 (6)1.2.1.接触式温度传感器 (6)1.2.2.非接触式温度传感器 (7)2基于Pt100的温度计设计 (8)2.1Pt100铂热电阻 (8)2.2Pt100的接线方式 (9)2.3读取Pt100温度值的方法 (11)2.4系统功能定义及设计思路 (12)2.5系统硬件工作原理 (12)2.5.1单片机模块电路与A/D转换电路 (12)2.5.2温度测量电路 (14)2.5.3恒流源电路 (14)2.5.4放大电路与调理电路 (16)2.5.5温度显示电路 (16)2.5系统软件开发流程 (17)3电路仿真的设计与分析 (19)4结论 (20)5致谢 (21)参考文献 (22)附录A (24)温度是表征物体冷热程度的物理量，在工业生产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数[1]。
电子电路设计实验热电阻温度测量系统的设计与实现
北京邮电大学电子电路综合设计试验课题名称：热电阻温度测量系统旳设计与实现索引一、概要................................................................................... 错误!未定义书签。
二、设计任务规定................................................................. 错误!未定义书签。
三、设计思绪与总体构造图 (4)四、分块电路和总体电路旳设计...................................... 错误!未定义书签。
1、温度传感器电路设计 (4)2、集成三运放差分设计 (5)3、滤波器电路设计 (6)4、A/D转换与显示电路设计 (7)五、功能阐明 (9)六、实际测试数据 (9)七、所用元器件及测试仪表清单 (11)八、故障及问题分析 (11)九、试验总结与结论 (11)十、原理图及PCB板图 (12)十一、参照文献 (13)一、概要1.1、课题名称热电阻温度测量系统旳设计与实现1.2、汇报摘要为了实现运用热敏电阻测量系统温度，设计试验电路。
运用热电阻Pt100为温度测量单元，系统重要包括传感电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路和显示电路五个单元构成。
通过包括热敏电阻旳电桥电路实现温度信号向电信号旳转换，运用三运放差分电路实现放大差模信号克制共模信号并通过二极管显示二进制数来显示温度值。
此电路可以定量旳显示出温度旳与A/D转换器输入电压旳关系，再通过量化就可以实现温度测量旳功能。
汇报中首先给出设计目旳和电路功能分析，然后讨论各级电路详细设计和原理图，最终总结本次试验并给出了电路图。
1.3、关键字测量温度热敏电阻差分放大低通滤波 A/D转换二、设计任务规定（1）理解掌握热电阻旳特性和使用措施。
（2）理解数模转换电路旳设计和实现措施。
热电阻测温及其保护电路设计
目前，热电阻和热电偶是工业生产过程自动化最常用的两种温度传感器。
热电阻由于在测量的灵敏度、线性度等诸多方面均优于热电偶，因此，在中低温区得到了更广泛的应用。
传统的不平衡电桥作为电阻温度变送器（如铜热电阻、铂热电阻等）的测量电路，在温度测量和控制中起着极其重要的作用。
这种电路也经常作为单片机的一种前向通道接口使用，进而构成智能化测量控制仪表，但是，不平衡电桥中存在的非线性特性一直是人们需要彻底解决的问题。
除此之外，在设计中，还要考虑自热温升、引线电阻、零点迁移等因素。
对于热电阻的测量，人们进行了大量的研究，也发表了很多的文章，在对这些成果进行借鉴的基础上，本文提出了一种新型的热电阻测量电路，具有通用性强、测量精度高、电路简单等特点。
2 电桥非线性分析电桥是在工业测量过程中进行电阻—电压转换的常用电路，具有结构简单及良好的动态品质。
但存在的问题是桥臂电阻和电桥输出电压之间的非线性。
产生ΔR的变化时，电桥输出电压变化为：如图2—1所示，在桥臂电阻R2显然，上式的分母项是产生非线性的根本原因。
而该分母项的产生，其原因是当R2发生变化时，该侧桥臂上的电流也相应的发生变化。
如果保证该侧电流恒定，那么，电压与电阻的关系就是线性的。
基于这种思路，作者利用恒流源设计了热电阻测量电路，下一部分将进行重点说明。
3 热电阻测量电路设计与分析在图3—1中左侧为恒流源电路，为了便于说明，将其分离出来如图3—2所示。
通过反馈网络对取样电阻上的电压取样，然后，与基准电压比较，得到一个误差，将此误差用放大器放大后去控制调整管，改变调整管c－e之间的电压降，达到恒流的目的。
R S 为取样电阻，当电流I流过RS时，RS上压降为VRS，有：V RS ＝I×RS（3—1）VRS 与I成正比。
当I变化时VRS一定朝着相同的方向变化。
有：VP ＝VREF （3-2）V N ＝VRS（3—3）其中，VP为比较放大器的同相输入端电压，VN为反相端输入电压。
压控精密恒流源驱动的高精度热敏电阻测温系统
压控精密恒流源驱动的高精度热敏电阻测温系统赵学亮;魏光华;李康【摘要】针对野外水工环地质调查低功耗、快速、高精度测温的要求，研制了一种采用压控恒流源驱动的精密热敏电阻测温系统。
系统以 MSP430F5438处理器为主控芯片，通过单片机片上12位高精度模数转换模块，对经由低功耗单电源压控精密恒流源驱动的热敏电阻进行采集转换，并辅以最小二乘法对热敏电阻进行非线性校正，实现温度的高精度测量。
试验结果表明：在－10～50℃，系统测量精度达到±0．02℃，并且具备低功耗、集成度高和可靠性强等优点。
【期刊名称】《河南科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】4页(P44-47)【关键词】温度;热敏电阻;恒流源;MSP430;最小二乘法【作者】赵学亮;魏光华;李康【作者单位】中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051【正文语种】中文【中图分类】TP274高精度的温度测量广泛应用于水文地质调查领域，在保证获得被测物精准温度的同时，需要通过温度对其他被测参数指标进行补偿和校正，确保水文地质调查数据的准确性和可靠性。
温度的测量一般采用温度传感器，目前，应用较多的温度传感器有数字式温度传感器、电流式温度传感器、热电偶温度传感器和热敏电阻温度传感器等。
其中，数字式温度传感器和电流式温度传感器体积较大，难以集成应用，主要用于对体积要求不大和分布式测温的场合。
热电偶温度传感器主要应用于高温测量的场合，且需要补偿导线以修正参考温度。
而热敏电阻则以其灵敏度高、体积小、电阻值大等优点被广泛地集成到电极传感器中，用于温度的测量以及对电极参数进行实时温度补偿。
当前，热敏电阻的测量方式主要包括恒压式和恒流源式[1]。
其中，恒压式测量方法存在桥臂匹配电阻温度漂移问题，测量精度较低[2]。
基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计
基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。
温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。
该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。
由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。
关键词： NTC TL431 温度线性转换Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D andD/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy +1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function.Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion目录1方案设计与论证 (3)1.1 整体设计方案比较和选择 (3)2 系统设计 (5)2.1 总体设计 (5)2.2各单元模块功能介绍及电路设计 (5)2.2.1 学习板电路 (5)2.2.2测温通道电路 (7)2.2.3 模数转换电路 (8)2.3 特殊器件的介绍 (8)3 软件设计 (9)3.1 软件流程图 (9)3.2 线性转换处理--线性插值 (10)4 系统测试 (11)4.1测试方法 (11)4.2 测试结果 (12)4.3结果分析 (14)5 结论 (14)参考文献 (14)附录： (15)附1：元器件明细表 (15)附2：仪器设备清单 (15)附3：电路图图纸 (16)附4：程序清单 (17)1方案设计与论证1.1 整体设计方案比较和选择温度测量和控制系统，基于NTC热敏电阻的特性进行设计。
热电阻温度测量电路的研究
ＲＥ Ｆ
图 ３ １四线制 测溢 电路 －
图 ３２ 二线 制 测温 电路 －
－
１０ ４
维普资讯
中国科技信息 ２０ 年 第 １ 期 ０８ ６
Ｃ Ｉ ＣＥＣ ＴＣＮ ＬＧ ＩＯ Ｍ ＴＯ ｕ． ０ ＨＮ Ｓ Ｉ ＥＡ Ａ Ｎ ＥＨ Ｏ Ｏ Ｙ Ｉ＇Ｒ Ａ Ｉ Ａ ｇ２ ８ ￣ Ｎ ０
极 灯被 点亮之前 ，影射到激励 电感线圈上 得电阻不能认 为是开路 ，而是一个较小的
数值。正是 由于无极灯在点火阶段的影射 电阻 Ｒ 比 较 小 ，通 过 式 （） 以 看 出 ，点 ９可 火 电压也大大下降 ，从而增大 了无极灯点 火的难度。 为此 ， 在无极灯中采用两个激励
的功率 。因而在点火阶段 ，激励电感磁芯 中 的磁 感 应 强度 最 大 ，但 决 定 磁 芯 温 度 高 低 的主要 因素是无极灯稳定工作时激励电 感磁芯中的磁感应强度。为 了避免激励 电 感磁芯饱和 ， 防止磁芯过热 ， 应该限定激励 线 圈磁芯中的磁感应 强度。为 了增强无极
响。恒 流源必须保证 电流稳定不变 ，而 且 其值的精 确度应 该和测量精确 度相 适应。 两种接法都必须从热电阻感温体的根 部 引 出 ，不能 从热 电阻的 接线 端 子上 分 出。因为从感温体到接线端子之问的导线
＋
导线沿途的环境温度而变的 ，环境温度并 非处处相同 ，且 又变化莫测。
１ ．引言
工业用热电阻安装在生产现场 ， 而其测 温电路板安装在控制室 ， 其间的引线很长， 如 果仅用两根导线接在热 电阻两端 ， 导线本 身 的阻值势必和热电阻的阻值 串联在一起 ， 造 成测量误差。 如果每根导线的阻值是ｒ测量 ， 结果 中必然含有绝对误差 ２ 。尤其令人遗 ｒ 憾的是， 这个误差很难修正 ， 因为ｒ 的值是随
热电阻测温仪检测电路课程设计
热电阻测温仪检测电路课程设计热电阻测温仪是一种常见的温度测量设备，利用热电阻的电阻与温度之间的关系来实现温度的测量。
它具有简单、精度高、响应快等优点，广泛应用于工业、科研、医疗等领域。
本课程设计旨在设计一个基于热电阻测温仪的温度检测电路，并结合相关理论知识进行实验验证。
一、设计目标和原理设计目标：设计一个精度高、稳定可靠的温度检测电路，能够测量介于-50~150°C范围内的温度，并能够实时显示温度数值。
原理介绍：热电阻测温仪原理是基于热电阻元件的电阻与温度之间的关系。
常见的热电阻元件有铂电阻（PT100、PT1000）、镍电阻（Ni100、Ni1000）等，根据不同材料的特性，构造相应的测温电路。
二、硬件设计1.选择热电阻元件：根据设计要求选择合适的热电阻元件，如PT100。
2.连接方式：将热电阻元件与电路板连接，通常使用3线或4线制连接。
其中3线制只需两根导线来接电阻元件，电阻线与导线线头焊接；4线制需要四根导线，两根用来接电阻元件，另外两根用来进行电流的测量。
3.扩散电阻：由于热电阻元件尺寸较小，为增加灵敏度，并消除受周围温度影响，可以使用金属盖片等进行扩散，使得热电阻元件能够更好地感应温度。
4.制作电路板：根据电路设计，制作相应的电路板。
三、电路设计1. PT100测温电路设计：选用PT100作为测温元件。
将PT100连接至电路板上，通过电流源（如电阻）提供恒定的电流，测量电阻两端电压，进而计算出温度数值。
2.信号放大电路设计：由于PT100的电阻变化很小，为了提高检测精度，需要设计相应的信号放大电路对电压进行放大。
3.温度传感器接口设计：为了方便与其他设备的连接，设计一个温度传感器接口，以便输出温度信号。
四、软件编程1.采集和处理温度数据：利用单片机或其他开发板，编写相应的程序对温度信号进行采集和处理，包括滤波、线性化、单位换算等操作。
2.数字显示：将处理后的温度数值通过数字显示模块进行实时显示。
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基于恒流源驱动的热电阻测温电路系统的设计与研究
【摘要】针对热电阻测温系统中，导线电阻所带来的测量误差难以克服的问题，通过采用恒流源驱动热电阻以及通过加减运算电路来克服导线带来的测量误差，从而获得了具有较高精度的模拟信号。
通过STM32对返回的模拟信号进行定时采样滤除干扰后进行AD转换从而获得了较高精度的温度值。
【关键词】STM32；恒流源；热电阻
Thermal resistance temperature circuit system design and research based on the constant current source driver
Wang Long-XIN
（College of Automation and Electronic Engineering，Qingdao University of Science and Technology Shandong Qingdao 266042）
【Abstract】RTD temperature measurement system for measuring lead resistance errors brought insurmountable problem by using a constant current source drives the thermal resistance and by adding and subtracting circuit to overcome the measurement error caused by wire，which has won high precision analog signal. After AD conversion of the analog signal by returning timed sampling filter out interference and using STM32 so as to obtain a high accuracy temperature values.
【Key words】STM32；Constant current source；PT100
0.引言
温度是化工生产过程的四大参数之一[1]，温度测量在生产生活各种参数测量中占有非常重要的地位，测量温度的传感器既有传统的热电阻，热电偶等模拟量温度传感器，又有诸如DS18B20等可以直接获取数字量的温度传感器。
铂热电阻是一种精度高、线性度好、测量范围宽的温度传感器[2]。
因此在实际温度测量中铂热电阻获得了非常广泛的应用。
但在实际热电阻温度测量电路中，由于设计不当常常会将导线电阻带来的误差引入测量电路中。
对于PT100型热电阻，温度每变化一度，其阻值大约变化0.4欧姆，试想在远距离布线测量温度时，若不能很好的消除导线电阻带来的影响，那势必会大大降低测量结果的精度。
因此设计合适的热电阻温度采集电路系统来消除导线电阻对温度测量结果影响具有非常现实的重要性。
1.系统组成
基于恒流源驱动的热电阻测温电路系统以STM32F103C8T6为核心控制器，系统的原理框图，如图1-1所示，包括核心控制器STM32F103C8T6、恒流源驱
动电路、信号采集电路、信号调理电路、显示电路、按键电路以及电源电路7 个组成部分。
图1-1 系统结构原理图
系统通过恒流源产生稳定的1.5mA电流，电流流过PT100热电阻会产生微弱的电压信号，信号调理电路可以把该微弱的电压信号进行放大、滤波并送入STM32F103c8t6自带的AD转换接口进行AD转换。
系统根据AD转换获得的电压值，通过计算电压和热电阻阻值的关系以及热电阻阻值和温度的关系方程求出测量到的温度值并通过数码管实时显示测量结果。
2.硬件电路设计
2.1 STM32F103C8T6基本外围电路
图2-1 STM32F103C8T6基本外围电路图
STM32F103C8T6 片上系统是本测温系统的控制核心，其基本外围接口电路是保证系统正常工作的辅助电路，包括供电晶振电路、滤波电路、复位电路、启动方式选择电路等基本外围电路。
2.2恒流源电路
恒流源驱动电路负责驱动温度传感器PT100，将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号，实现R-V 转换。
恒流源电路由运算放大器LM358、3V基准电压源、反馈电阻组成，考虑到LM358输出电流的能力有限，所以设计恒流源输出电流大小为 1.5mA。
恒流源电路如图2-2所示。
其中U1A，U1B均引入了负反馈，前者构成同相求和运算电路，后者构成电压跟随器。
图中R1=R2=R3=R4=R，因此：
U=U （1）
U=·U+·U=0.5U+0.5U （2）
U=U=2U （3）
将（2）式代入（3）可得：
U=UU （4）
R5上的电压为：U=U-U=U
所以i=
所以恒流源输出电流的大小只与U、R5有关。
其中U=3V，R5=2K。
因此i=1.5mA。
图2-2 恒流源电路原理图
2.3信号采集调理电路
图2-3 信号采集调理电路原理图
信号采集及调理电路如图2-3所示。
RT为温度传感器PT100，PT100采用三线制连接方法。
实际应用时，三根导线采用相同规格、相同长度的导线，因此三根导线实际电阻近似相等，假设为r1=r2=r3=r。
电路中R6=100K、R7=100K 阻值都比较大，因此，恒流源流经R6 及R7的电流可忽略不计。
具体来说，对于图中接法，运放U2A同相输入端电压V=V+V，运放U2A反向输入端电压V=V+V+V。
基于r1=r2=r3的假设，有V=V。
则运放A3的输出V=2V-V=2（V+V）-（V+V+V）=V。
即从理论上消除了引线电阻对测量结果的影响。
由于经过一级放大获得电压信号仍然很微弱，所以还需要进一步的放大，即U02=U。
最后将获得电压信号U02送入STM32F103c8t6进行AD转换。
3.软件处理
系统软件包括AD转换部分，数码管显示部分。
为了提高温度采集的精度，AD转换部分每秒钟采样20次，并用插入法对所取的20个值进行排序，去掉一个最大值和一个最小值，剩下的18个取平均值。
最后运用查表法找到该阻值对应的温度值，并在数码管实时显示该温度值。
4.结论
综上所述，基于恒流源驱动的热电阻测温系统巧妙的电路设计消除了导线电阻对测量结果的影响，极大的提高了测量精度。
软件采用每秒钟采样多次并去掉最大值和最小值对剩下的数据取平均值的方法高了系统的抗干扰能力，经试验证明该系统长期运行稳定可靠，有较强的应用价值。
【参考文献】
[1]刘麒，张莉，王影.实用的热电阻测温电路设计[J].吉林化工学院学报，2011，28（11）：84-86.
[2]谭长森.基于PT100型铂热电阻的测温装置设计[J].工矿自动化，2012，38（3）：89-91.。