溫度傳感器三線制接法的測(cè)量誤差

摘要：文章主要對(duì)溫度傳感器三線制接法的測(cè)量誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)單的.分析論述。溫度傳感器作為重要的儀器設(shè)備，有著重要的作用與價(jià)值。
       熱電阻測(cè)溫傳感器是一種利用導(dǎo)體或者半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化而實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的傳感器溫度計(jì)，其主要材料要具有良好的電阻溫度系.數(shù)以及電阻率,具有較為穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，較為常見的主要為鉑熱電阻和銅熱電阻。溫度傳感器種類繁多，其相對(duì)較為穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果更為正確。通過(guò)三線制接法進(jìn)行測(cè)量監(jiān)測(cè)中受到各種不確定因素的影響會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的誤差問(wèn)題，這些誤差會(huì)直接的降低正確性。科學(xué)分析各種誤差問(wèn)題,可以有效的控制誤差，提升測(cè)量精度。
1熱電阻測(cè)溫傳感器與三線制接線
1.1電阻測(cè)溫傳感器.
       熱電阻的電阻值會(huì)隨著溫度變化而產(chǎn)生變化，屬于一種溫度的檢測(cè)元件，主要就是通過(guò)特定的金屬或者半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率隨溫度變化而變化的原理制成。其阻值與溫度的變化為正比關(guān)系，隨著溫度的上升而呈現(xiàn)勻速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。通過(guò)熱電阻測(cè)溫就是--個(gè)測(cè)量置于測(cè)量點(diǎn)上的熱電阻阻值的過(guò)程。
1.2三線制接線
       電阻作為基本的單參數(shù)，阻值R可以根.據(jù)伏安特性定義，則R=U/I，U表示的為電阻兩端中產(chǎn)生的電壓，I表示的則就是流過(guò)電阻的電流，或者根據(jù)功率P定義，也就是R=P/(I^2)。
       因此測(cè)量熱電阻要在熱電阻兩端與導(dǎo)線連接，導(dǎo)線的阻值以及阻值隨溫度變化的特性引入一些干擾性的因素，這些因素會(huì)直接的降低測(cè)量結(jié)果的正確性。為了消除干擾影響，降低測(cè)量誤差，就要分析引線的狀況。在進(jìn)行熱電阻測(cè)量的同時(shí)要在引線兩端進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。在兩根引線參數(shù)相同的狀況之下，要分析其中一根的狀況，常規(guī)狀況之下要至少添加一根導(dǎo)線，通過(guò)測(cè)量引線中一根現(xiàn)場(chǎng)端，將其連接到儀表端中，就是三線制連接。
       溫度參數(shù)是一種在工業(yè)生產(chǎn)中常用的生產(chǎn)過(guò)程，溫度傳感器性能穩(wěn)定在溫度測(cè)量中應(yīng)用廣泛。而隨著工業(yè)的精細(xì)化、科技化發(fā)展，現(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于溫度高精度檢測(cè)要求越來(lái)越嚴(yán)格。在一-些工業(yè)生產(chǎn)緩解中要求溫度測(cè)量精度高在0.1%以上，一些要求絕對(duì)誤差要小于0.1℃。對(duì)此要合理的分析溫度傳感器測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)精度高的測(cè)量分析。三線制接法在測(cè)量中具有精度高、量程寬以及成本低、功耗低的特征，效果顯著。
       溫度傳感器有著不同的類型。而因?yàn)閭鞲衅鞯姆€(wěn)定性決定了其測(cè)量結(jié)果相對(duì)較為正確，在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。通過(guò)測(cè)量分析溫度傳感器的誤差問(wèn)題，可以充分的保障傳感器的穩(wěn)定運(yùn)行。而在檢測(cè)中受到各種因素的影響導(dǎo)致其出現(xiàn)了不同程度的誤差問(wèn)題，這些誤差問(wèn)題會(huì)直接的降低傳感器的正確性。對(duì)此，溫度溫度傳感器的三線制接法，可以有效的降低測(cè)量誤差問(wèn)題。
2溫度傳感器測(cè)量誤差來(lái)源與評(píng)定
       分析溫度傳感器三線制接法的測(cè)量誤差來(lái)源，通過(guò)不確定度分析以及評(píng)定等方式了解其主要規(guī)律，了解測(cè)定原理，可以為消除誤差提供正確參考。
2.1誤差來(lái)源
       三線制接法測(cè)量過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的系統(tǒng)誤差問(wèn)題。這些誤差無(wú)法避免，而誤差過(guò)大勢(shì)必會(huì)降低測(cè)量的正確性。三線制接法測(cè)量中不同環(huán)節(jié)都會(huì)造成--些誤差隱患問(wèn)題。出現(xiàn)誤差主要就是受到檢測(cè)中溫度場(chǎng)均勻性、重復(fù)檢測(cè)溫度傳感器以及設(shè)備應(yīng)用中產(chǎn)生的誤差問(wèn)題。
2.2誤差不確定度分析與評(píng)定
       在三線制接法出現(xiàn)測(cè)量誤差的時(shí)候，要分析真值以及測(cè)量值之間的差值，通過(guò)估算的方式在某個(gè)量值范圍中的真值，表達(dá)測(cè)量結(jié)果誤差的過(guò)程中為了提升客觀性，會(huì)通過(guò)不確定度的方式分析評(píng)定測(cè)量結(jié)果。
       而不確定度則主要通過(guò)表征的方式賦予被測(cè)量一定分散性，其屬于是在某個(gè)量值范圍中通過(guò)客觀評(píng)定而獲得的被測(cè)量值。通過(guò)不確定度的表征方式進(jìn)行分析其屬于標(biāo)準(zhǔn)偏差，也稱之為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
2.3檢測(cè)系統(tǒng)總不確定度評(píng)定
       在表示測(cè)量結(jié)果中，為了提升正確性，就要限定測(cè)量區(qū)間。滿足測(cè)量區(qū)間大部分的被測(cè)量值的不同要求，確定誤差來(lái)源，通過(guò)系統(tǒng).監(jiān)測(cè)降低誤差達(dá)到提升正確性的目的。
3溫度傳感器三線制接法的測(cè)量誤差解析
3.1溫度傳感器三線制接法的測(cè)量原理
        在測(cè)量中，熱電阻主要根據(jù)電阻熱效阻值隨著溫度變化而出現(xiàn)不同程度的變化。綜合其阻值測(cè)量溫度，是較為重要的工作。在測(cè)量中因?yàn)閭鞲衅饕约艾F(xiàn)場(chǎng)儀表之間存在較長(zhǎng)的連線，接線導(dǎo)線電阻則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差問(wèn)題，因此在實(shí)踐中主要通過(guò)三線制消除導(dǎo)線誤差因素。
     
       通過(guò)三線制的方式進(jìn)行熱電阻信號(hào)檢測(cè)，剔除導(dǎo)線影響。在電路末通過(guò)恒壓法進(jìn)行處理，利用電阻分壓的方式進(jìn)行采樣。電路更為簡(jiǎn)單，通過(guò)精密運(yùn)算放大器以及轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)輸入檢測(cè)分析。在檢測(cè)中通過(guò)采樣以及軟件處理則可以有效剔除導(dǎo)線產(chǎn)生的影響，提升熱電阻阻值的正確性。
       轉(zhuǎn)換器帶有緩沖的兩路差分輸入以及具.有可以編程的前置性放大器，其具有自動(dòng)校準(zhǔn)的功能，在大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍中可以充分適應(yīng)，有效的保障了傳感器全量程的精度。其在運(yùn)行中功耗相對(duì)較小，可以在高精度的電路檢測(cè)中應(yīng)用。
3.2接觸熱電勢(shì)影響以及放大器輸入漏電流誤差因素補(bǔ)償方式
       在測(cè)量信號(hào)中也涵蓋了接觸熱電勢(shì)影響以及放大器輸入漏電流等相關(guān)因素產(chǎn)生的影響。基于傳感器直接以及儀表連接過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)溫度儀表為主要背景，其同時(shí)涵蓋了熱電阻與兩條導(dǎo)線恒壓環(huán)節(jié)中分壓。其兩條導(dǎo)線、電阻中均存在著兩個(gè)不同的金屬接點(diǎn)，其引線多數(shù)為銀線，兩個(gè)接點(diǎn)屬于鉑一銀接點(diǎn);其兩條導(dǎo)線引出之后會(huì)與接線端子連接。不同成對(duì)的接點(diǎn)位置溫度不同則就會(huì)產(chǎn)生額外的熱電勢(shì)。
3.3電路基準(zhǔn)參數(shù)誤差修正數(shù)字校準(zhǔn)
       在實(shí)踐中溫度測(cè)量中的電路基準(zhǔn)參數(shù)以及誤差修正的標(biāo)稱值具有一定的初始誤差，對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)可以有效的提升測(cè)量溫度的正確性。通過(guò)利用兩個(gè)不同電阻值的方式進(jìn)行電阻模擬，分兩次測(cè)量并且求解數(shù)值，模擬電阻應(yīng)用高精度電阻箱給出。
       將獲得的數(shù)值存入到控制系統(tǒng)中，通過(guò)非易失存儲(chǔ)器將其作為正視測(cè)量中的已知參數(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字校準(zhǔn)測(cè)量，通過(guò)計(jì)算可以確定實(shí)際測(cè)量溫度值。
3.4測(cè)溫方案
3.4.1方案1
       常用的消除引線中電阻影響的主要電路圖如圖1所示。其中在虛線框中表示的就是三線制電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)信息，此種方式要求精度高，同時(shí)恒流源精度也會(huì)給電路測(cè)量精度產(chǎn)生影響。
3.4.2方案2
       通過(guò)相似的恒流源電阻1電壓轉(zhuǎn)換三線制鉑電阻進(jìn)行測(cè)量，其恒流源I利用引線3、引線1進(jìn)行接地，將其作為鉑電阻傳感器的主要.激勵(lì)電源。
3.5測(cè)量過(guò)程
       在熱電阻檢測(cè)中要綜合其自身的熱誤差問(wèn)題，通過(guò)限制自身驅(qū)動(dòng)電流的方式進(jìn)行計(jì)算分析。通過(guò)模擬熱電阻，利用三線制接線方式進(jìn)行測(cè)量。
       首先進(jìn)行分辨率測(cè)試。通過(guò)最小分辨率0.001Ω電阻箱進(jìn)行熱電阻模擬，將其基準(zhǔn)電阻設(shè)置為100Ω，通過(guò)對(duì)最小步進(jìn)檔進(jìn)行分辨率的檢測(cè)模擬。然后進(jìn)行精度測(cè)試，熱電阻使用精度為0.005%精度高的電阻箱進(jìn)行模擬分析，為了避免因?yàn)榉侄葮?biāo)準(zhǔn)不同而導(dǎo)致的結(jié)果溫差差異問(wèn)題，在測(cè)試中僅僅對(duì)電阻值進(jìn)行檢測(cè)分析，通過(guò)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的滑動(dòng)平均濾波處理,通過(guò)對(duì)誤差進(jìn)行簡(jiǎn)單分析(如表1)。其檢測(cè)到最大的絕對(duì)誤差為0.006Ω，其最小絕對(duì)誤差數(shù)值則為0.001Ω。通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析，在測(cè)試中最大絕對(duì)誤差為0.016Ω，溫度結(jié)果精度相對(duì)較高。

3.6仿真測(cè)量結(jié)果
        通過(guò)Multisim軟件進(jìn)行模擬仿真，分析不同傳感器的電阻、不同引線電阻之下輸出電阻。
       通過(guò)計(jì)算分析方差平均值進(jìn)分析可以得知，方案一方差平均值為14.795;方案二的方差平均值為34.36，方案--可以有效的控制引線電阻產(chǎn)生的影響。
4結(jié)束語(yǔ)
       溫度傳感器具有精度高的特征，其測(cè)溫.范圍相對(duì)較寬，使用便捷，在工業(yè)過(guò)程控制以及測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用相對(duì)較為廣泛。在實(shí)踐中受到傳感器測(cè)量重復(fù)性以及溫度場(chǎng)等多種因素的共同影響會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)測(cè)量誤差問(wèn)題，這些誤.差問(wèn)題的存在直接的降低了監(jiān)測(cè)的正確性。分析誤差來(lái)源，通過(guò)仿真軟件進(jìn)行誤差分析，通過(guò)科學(xué)的方式合理控制誤差因素，可以有效的提升檢測(cè)正確性,達(dá)到提升檢測(cè)正確性的目的。