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                            AP2301SG-13

                            發布時間:2019/3/12 9:09:00 訪問次數:72 發布企業:瀚佳科技(深圳)有限公司

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                            深入了解鉑熱電阻參數 溫度檢測已經廣泛應用于我們的生活與工業現場中,測溫電路的精準性愈發重要,該如何提升測溫電路的準確性?本文將以熱電阻測溫方案為例,從熱電阻的選型參數出發,為大家簡單闡述提升測溫準確性的方向。

                            鉑熱電阻具有良好的長期穩定性和精度,是常用的工業測溫傳感元件。近年來,薄膜印刷生產工藝使得貴金屬鉑的用量減少,鉑熱電阻成本大幅度下降,逐步被普及應用。鉑熱電阻在與后級電路搭配使用時, 關注其標稱電阻、溫度系數、精度等級三個基本參數,我們可以決定鉑熱電阻的選型,了解溫度電阻轉換特性、測量電流、接線方式這些參數可幫助我們盡可能少的引入額外電路誤差,搭建精準的測溫電路。

                            1.標稱電阻

                            標稱電阻是鉑熱電阻在冰點0℃度時的電阻值。標稱電阻為100Ω的PT100最常用,也有標稱電阻為200Ω、500Ω、1000Ω的PT200、PT500、PT1000。

                            2.溫度系數

                            溫度系數TCR是鉑熱電阻在水的冰點和沸點之間每單位溫度的平均電阻值變化。不同組織采用不同的溫度系數作為其標準,歐洲IEC60751和中國GB/T30121采用的溫度系數為0.003851,美國ASTM E1137采用的溫度系數為0.003902,0.003851目前是國內和大多數國家中認可的行業標準。

                            溫度系數的計算過程如下,以PT100為例。

                            TCR= (R100-R0)/(R0×100)

                            沸點100℃時的阻值R100=138.51Ω,冰點0℃時的阻值R0=100Ω,將差值38.51除標稱電阻,再除100℃,結果就是平均溫度系數。

                            3.精度等級

                            IEC60751中規定了鉑熱電阻的精度等級、允許誤差。以A級鉑熱電阻為例,最大溫度誤差由兩部分組成,0℃時的標稱電阻值偏差導致的固定誤差0.15℃,加上溫度系數漂移引入的誤差0.002×|T|。其中T是實際溫度測量范圍,T不超過精度等級表中的應用溫度范圍-30~+300℃時,則鉑熱電阻不超出精度等級的允許誤差。

                            當被測溫度為100℃時,A級鉑熱電阻總的誤差為0.15+0.002×100=0.35℃。在選型時,鉑熱電阻的標稱電阻、溫度系數標準、精度等級及應用溫度范圍,是我們的選擇依據。

                            4.溫度電阻轉換特性

                            鉑熱電阻的溫度電阻轉換關系用以下公式描述,分0℃以下、0℃以上兩種情況。

                            當T≤0℃:RT=R0• (1+A•T+B•T2+C• (T-100℃) •T3)

                            當T≥0℃:RT=R0• (1+A•T+B•T2)

                            其中,RT是溫度為T時的阻值,R0是0℃時的阻值;A、B、C是IEC60751中規定的三個常數,其值分別為3.9083×10-3 °C-1、-5.775×10-7 °C-2、-4.183×10-12 °C-4。直接用電阻值RT代入公式中可求解被測溫度T,但需要求解三次方方程,計算復雜。

                            為了簡化計算,使用公式輸出PT100在-200~+850°C范圍內的溫度電阻值曲線,如下圖。PT100的阻值變化在18~400Ω范圍內,有近似線性的溫度電阻值轉換關系。

                            根據公式生成溫度電阻值表,再在查找表中進行小范圍的線性插值,是既計算簡單又可以實現精確逼近的方法。在IEC60751中附有1℃為間隔的溫度電阻值查詢表。

                            5.測量電流

                            鉑熱電阻幾乎都使用直流電流激勵進行測量,測量電流不可避免的會在電阻中產生熱量,引入自熱誤差。鉑熱電阻手冊中有標注測量電流、自熱系數,兩個參數,典型測量電流I為0.3~1mA,自熱系數S為0.015℃/ mW左右。

                            根據自熱系數可計算測量電流引入的溫度誤差,根據以下公式。

                            ΔT = P×S=( I2×R) ×S

                            例如給定1mA,在PT100阻值最大400Ω時,產生的自熱溫度約為0.01℃,這種情況下誤差幾乎可以忽略。在鉑電阻自熱系數不影響的情況下,測量電流優先設定到最大值,電流過小時輸出電壓值幅度變小,信噪比降低。1mA是比較常用的測量電流值。

                            6.接線方式

                            鉑熱電阻的輸出引線方式有二線制、三線制、四線值,其中二線制引線電阻引入的誤差無法消除;四線制無引線電阻誤差,但引線數量最多多;三線制基于三個根引線在同等物理尺寸條件下,引線電阻值相等,兩次測量電阻值之后通過計算可消除引線誤差,是用得最多的方式。

                            7.總結

                            測溫電路的精準程度除卻熱電阻的前期選型,還需要后續硬件設計與軟件算法的優化,致遠電子針對鉑熱電阻測量,提供三線制接口的PT100接口模塊TPS02,內置激勵電流源在內的高穩定度測量電路、24位ADC、電阻溫度值線性化算法,2500V電氣隔離,連接鉑熱電阻就可以通過IIC數字接口讀出溫度值。



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