cu50温度传感器的设计

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1、工工学院毕业设计（论文）Cu50温度传感器的设计专业：机电一体化技术班级：机电0923学号：0901212339学生姓名：校内指导教师：二零一二年四月二十日20目录摘要3第一章前言41.1课题研究的意义4第二章铜电阻测温电路的非线性误差校正方案52.1铜电阻的非线性特征52.2设计方案62.3方案比较82.4题目分析92.5电路分析92.6实验论证10第三章元器件的简介及其原理153.1铜热电阻153.2二极管153.3三极管16结束语18参考文献19附录2020摘要为克服铜电阻温度传感器的非线性带来的误差，在对铜电阻的非线性特性研究的基础上，设计了以恒流源非平衡电桥为基础

2、的测温电路来代替传统的测温电桥。同时，采用分段最小二乘法拟合反向分度函数，以减小铜电阻自身的非线性带来的测量误差。最后给出基于stm32f103vbt6微控制器测温系统的实验结果，结果表明，铜电阻的非线性误差在0．03％以内，测温误差在0．25℃，满足大多数场合需要。关键词：铂热电阻；非线性校正；非平衡电桥；分段最d、---乘法；曲线拟合；stm32f103vbgi20第一章前言1.1课题研究的意义铜电阻具有测量温度宽，稳定性好，示值复现性高等优点，在一50—150℃范围内被用来作为国际标准温度计。但传统的非平衡电桥的非线性特性和铜电阻的阻值R0与温度t之间的非线性关系给数

3、据处理带来一定的困难。常见的处理方法有硬件校正法和软件校正法。硬件校正法电路简单容易实现，但精度不高，易受温漂等因素干扰不能从理论上完全校正非线性；软件的方法理论上虽然可以校正铜电阻的非线性，但是算法复杂。本文采用软硬件相结合的方法，这种方法简单可行，具有通用性。20第二章铜电阻测温电路的非线性误差校正方案2.1铜电阻的非线性特征铜电阻的阻值和温度存在如下关系：Rt=Ro(1+at+bt2)(-50

4、，铜电阻的非线性越来越严重，由公式可知，温度的变化率为：dRt/dt=R0(a+2bt)温度的二次变化率为：d2Rt/dt2=2R0B=1.154×10-4(Ω/℃2)图l中曲线2是铜电阻的温度特性曲线，直线l为线性化的理想直线，用此理想直线所带来的非线性误差为：ε=R0（1+at+bt2）-[(R500-R0)t/500+R0]20图1由图1可知在两曲线相交的中点即300℃时误差达到最大，代人上式，ε=3.66Ω，相当于温度的最大误差为10℃，这种近似不能适应高精度测量的要求，需对其进行线性化处理。2.2设计方案方案一非平衡电桥非线性校正方法非平衡电桥结构简单，动态性好，

5、广泛的应用于测温，测压等电路中。但常用的恒压源非平衡电桥的输出电压△U与铜电阻R之间存在非线性问题。20 图2图2为恒压源非平衡电桥原理图，R1、R2、R3为精密桥臂电阻；感温元件铜电阻Rt其阻值随环境温度t而变化．当电源输出电压E一定时，非平衡电桥输出电压为：△U(t)=[R3/(R1+R3)-Rt/(R2+Rt)]E显然，△U(t)与Rt是非线性关系。因此，我们需要在非平衡电桥Rt的一臂加恒流源以解决非线性问题。方案二最小二乘法最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知20的数据，并使

6、得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。在函数的最佳平方逼近中，如果以名)只在一组离散点集{(xi，yi)，i=0，1…m}给定，这就是常见的实验数据的曲线拟合，这里Y1=f(xi)i=l，2…m，要求一个函数Y=S’(x)与所给的数据{(xi,yi),i=0,1..m}拟合，若记误差δi=s’(x)-yi,i=ol，…，m，δ=（δ0，δ1，δ2.。。。。。δm）φ0（x）,φ1(x),……,φn(x)是线性无关的函数族在函数族中找一函数S’(x),使误差平方和最小。2.2方案比较这两种方法都首先都能够实现消除非线性误差的目的，可是相对于第一种方法来说，第二种方

7、法比较复杂，第二种方法需要对微积分有个初步的认识，所以我认为第一种的方案的可行性较好。2.4题目分析本电路用交流电路通过滤波作用获得稳压电路对三极管放大器提供电压，通过三极管放大器的虚短和虚断原理达到消除电路非线性误差。如图320图32.5电路分析如图3所示：Q1和R1为OP07提供恒压源Vm，由于电压源也不是纯粹的恒压，为消除电压波动，添加R5，和C1作为电源滤波。同时为OP07电源滤波的电容还有c2和c3；R2，R3,R4,RT作为测量电桥，通过检测C端和D端的电压差yo来计算温度的变化，根据集成运算放大器工作