控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度補(bǔ)償

摘要:熱電阻的溫度測(cè)量過程中常會(huì)因?yàn)椴黄胶怆姌蚺c熱電阻的非線性對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定程度的影響,為了彌補(bǔ)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度，利用鉑電阻溫度傳感元件,在控溫儀表的控溫范圍內(nèi),通過調(diào)整儀表測(cè)量電路從而實(shí)現(xiàn)鉑電阻的溫度補(bǔ)償。
　　通常來說，熱電阻的阻值與其溫度有直接關(guān)系,呈拋物線形狀，在控溫儀表測(cè)量電路的條件下,溫度傳感元件熱電阻的阻值與熱電阻的溫度近似呈直線,兩者之間明顯的差異說明了控溫儀表測(cè)量對(duì)熱電阻造成了誤差因此,需要通過運(yùn)算放大器具有的高的開環(huán)放大倍數(shù)和深度負(fù)反饋的性質(zhì)對(duì)熱電阻溫度做出補(bǔ)償。
1熱電阻的工作原理
1.1工作原理
　　在中低溫區(qū)中熱電阻是最為常用的溫度檢測(cè)器，它的測(cè)量精度相對(duì)其他檢測(cè)器要高許多,性能也更加穩(wěn)定。熱電阻的種類有很多，其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是高的，并且應(yīng)用范圍也很廣,除了在工業(yè)測(cè)溫中被使用，也常被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
　　熱電阻與熱電偶的測(cè)溫原理不同，熱電阻的熱效應(yīng)是熱電阻測(cè)量溫度的主要原因,這里的熱效應(yīng)指的是電阻阻值與溫度有很大關(guān)系,隨溫度的變化而變化。因此在測(cè)量溫度時(shí)只要測(cè)量出溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢灾苯訙y(cè)出溫度。當(dāng)前采用的主要熱電阻包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。
1.2表示方法
　　一般的，熱電阻都是通過二次方程表示，即:Rt=βt2+αt+R0(tmin≤t≤tmax),其中式Rt和R0的單位都是歐姆0。α,β是熱電阻的溫度系數(shù)，單位分別是Ω/℃和Ω/℃2,這兩個(gè)值的具體數(shù)值都可以通過熱電阻的溫度分度表和邊界條件確定.如果t=tnax,Rt=Rtmax,那么上面的式子就可以變?yōu)镽tmax=βtmax2+αtmax+R0.如果t=tminRt=Rtmin,不包括tmin=0℃，如果tmin=0C時(shí),就需要選擇一些靠近tmin=0的溫度tx。這時(shí)上面的式子又變成了Rtmin=βtmin2+αtmin+R0.這里需要強(qiáng)調(diào)的是不同的熱電阻給定溫度邊界條件不同,相同型號(hào)的熱電阻溫度邊界條件也不同,但是這些條件都會(huì)預(yù)先給定,相應(yīng)也會(huì)有拋物線與之對(duì)應(yīng)。無論tmin,tmax與相應(yīng)的Rtmin,Rtmax是什么值，α都是正直，β都是負(fù)值，由此可以發(fā)現(xiàn),在熱電阻相應(yīng)的Rt和給定型號(hào)的熱電阻溫度分度表相符合的前提下，如果其他部分遠(yuǎn)離tmin和tmax,那么與溫度分度表的誤差也會(huì)相應(yīng)的增大。
2熱電阻溫度誤差的來源
2.1熱電阻的非線性
　　如果測(cè)量的溫度處在0~850℃的范圍內(nèi),那么鉑電阻的電阻值Rt與被測(cè)溫度t之間就會(huì)存在Rt=βt2+αt+R0的關(guān)系,其中R0為被測(cè)溫度為0℃時(shí)熱電阻的阻值。由于關(guān)系式中存在二次項(xiàng),就會(huì)存在隨溫度升高,鉑電阻的非線性更加嚴(yán)重，影響精度。
2.2引線電阻的影響
　　很多的熱電阻的阻值都是在幾十至幾百歐范圍內(nèi),這樣的話，熱電阻的引線就常會(huì)處于被測(cè)溫度環(huán)境,溫度的穩(wěn)定性就會(huì)受到影響,波動(dòng)較大,特別是隨溫度變化，阻值的誤差就會(huì)很難修正,因此需要對(duì)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補(bǔ)償,從而消除引線電阻的影響，一般的,通常采用三線制對(duì)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補(bǔ)償,但是在補(bǔ)償后仍會(huì)存在一定的導(dǎo)線影響。由于引線電阻還會(huì)隨現(xiàn)場(chǎng)施工條件變化而變化，因此在對(duì)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)還需要嚴(yán)格控制施工條件。
3彌補(bǔ)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度的方法
3.1測(cè)量橋路的調(diào)整
　　在利用熱電阻測(cè)量溫度時(shí)通常采用的色環(huán)金屬電阻,有些電阻甚至還需要將多個(gè)電阻串聯(lián)才可以滿足計(jì)算的阻值的要求，但是這樣得到的電阻仍不是很正確。此外由于在計(jì)算供給測(cè)量橋路的直流穩(wěn)壓電源是在5~6V的電壓條件下,但是在調(diào)整后是5V的直流電壓，而實(shí)際橋路需要的電壓并不一定是5V,這樣在實(shí)際測(cè)量過程中如果想補(bǔ)償控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度，就需要對(duì)測(cè)量橋路進(jìn)行調(diào)整,保證儀表測(cè)量橋路中的鉑電阻Rt與放大器的輸出毫伏電壓在一10~100℃范圍內(nèi)都能夠符合Pt100鉑電阻的溫度分度表，減小誤差。
3.2改進(jìn)型實(shí)用有源電橋.
　　在利用熱電阻作為溫度傳感器進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的過程中,通常會(huì)利用三線制接法的橋式測(cè)量電路，這樣熱電阻的非線性和引線電阻都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的誤差,為了彌補(bǔ)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度，可以使用改進(jìn)型實(shí)用有源電橋，這樣就可以有效減少上述因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，從而提高系統(tǒng)的精度,減小測(cè)量誤差。
4彌樸儀表溫度傳感元件熱電阻溫度的趨向
　　控溫儀表測(cè)量橋路中的溫度中采用的傳感元件熱電阻是非線性的,這樣就會(huì)對(duì)儀表溫度的測(cè)量精度造成一定程度的影響。就現(xiàn)階段的研究情況來看,有很多方法可以解決這類問題，比如可以繪制熱電阻溫度采樣的區(qū)間的割線近似代替熱電阻Rt^t曲線,這種方法控溫區(qū)間相對(duì)較小，測(cè)量精度也不高，因此這種方法并不常用。除了繪制曲線這種方法也可以在橋路中對(duì)熱電阻進(jìn)行非線性補(bǔ)償.這樣測(cè)得的精度雖然很高,但是測(cè)量的橋路相對(duì)比較復(fù)雜，在實(shí)際操作中相對(duì)比較困難。
　　對(duì)控溫儀表配熱電阻進(jìn)行線性化處理是目前最為實(shí)用的測(cè)量溫度方法,這種方法的測(cè)量橋路電路比較簡(jiǎn)單,在實(shí)際操作時(shí)調(diào)整起來也比較容易,并且精度也比較高。但是這種方法需要三個(gè)基礎(chǔ)部分作為輔助，分別為激勵(lì)器.試驗(yàn)平臺(tái)和控制系統(tǒng)，因?yàn)樵跍y(cè)量過程中使用了多臺(tái)振動(dòng)器,CPU的計(jì)算負(fù)擔(dān)也相對(duì)的減輕許多,可以達(dá)到較為滿意的相位控制,但是在控制振幅.頻率和相位時(shí)還需要做到更加的正確。
5結(jié)語
　　熱電阻的溫度測(cè)量過程中難免會(huì)存在因?yàn)椴黄胶怆姌蚺c熱電阻的非線性對(duì)測(cè)量結(jié)果造成誤差的問題出現(xiàn)，因此需要對(duì)控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。通過對(duì)熱電阻測(cè)量的方法的蓋面可以有效提高測(cè)量系統(tǒng)的精度,從而彌補(bǔ)誤差,滿足工程應(yīng)用的需要。