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带你了解热电阻参数选型

编辑:山东德瑞机电有限公司时间:2019-07-11

  温度检测已经主要应用于我们的生活与工业现场中,测温电路的准确性愈发重要,该如何提升测温电路的准确性?本文将以热电阻测温方案为例,从热电阻的选型参数出发,为大家简单阐述提升测温准确性的方向。

  铂热电阻具有良好的长期稳定性和精度,是常用的工业测温传感元件。近年来,薄膜印刷生产工艺使得贵金属铂的用量减少,铂热电阻成本大幅度下降,逐步被普及应用。铂热电阻在与后级电路搭配使用时, 关注其标称电阻、温度系数、精度等级三个基本参数,我们可以决定铂热电阻的选型,了解温度电阻转换特性、测量电流、接线方式这些参数可帮助我们尽可能少的引入额外电路误差,搭建准确的测温电路。

  1、标称电阻

  标称电阻是铂热电阻在冰点0℃度时的电阻值。标称电阻为100Ω的PT100比较常用,也有标称电阻为200Ω、500Ω、1000Ω的PT200、PT500、PT1000。

  2、温度系数

  温度系数TCR是铂热电阻在水的冰点和沸点之间每单位温度的平均电阻值变化。不同组织采用不同的温度系数作为其标准,欧洲IEC60751和中国GB/T30121采用的温度系数为0.003851,美国ASTM E1137采用的温度系数为0.003902,0.003851目前是国内和大多数地区中认可的行业标准。

  温度系数的计算过程如下,以PT100为例。

  沸点100℃时的阻值R100=138.51Ω,冰点0℃时的阻值R0=100Ω,将差值38.51除标称电阻,再除100℃,结果就是平均温度系数。

  3、精度等级

  IEC60751中规定了铂热电阻的精度等级、允许误差。以A级铂热电阻为例,较大温度误差由两部分组成,0℃时的标称电阻值偏差导致的固定误差0.15℃,加上温度系数漂移引入的误差0.002×|T|。其中T是实际温度测量范围,T不大于精度等级表中的应用温度范围-30~+300℃时,则铂热电阻不大于精度等级的允许误差。

  当被测温度为100℃时,A级铂热电阻总的误差为0.15+0.002×100=0.35℃。在选型时,铂热电阻的标称电阻、温度系数标准、精度等级及应用温度范围,是我们的选择依据。

  4、温度电阻转换特性

  铂热电阻的温度电阻转换关系用以下公式描述,分0℃以下、0℃以上两种情况。

  当T≤0℃:RT=R0? (1+A?T+B?T^2+C? (T-100℃) ?T3)

  当T≥0℃:RT=R0? (1+A?T+B?T^2)

  其中,RT是温度为T时的阻值,R0是0℃时的阻值;A、B、C是IEC60751中规定的三个常数。

  直接用电阻值RT代入公式中可求解被测温度T,但需要求解三次方方程,计算复杂。

  为了简化计算,使用公式输出PT100在-200~+850°C范围内的温度电阻值曲线,如下图。PT100的阻值变化在18~400Ω范围内,有近似线性的温度电阻值转换关系。

  如果用-200°C和+850°C两个端点直接做两点线性校准,尝试简化计算,温度范围内的温度电阻值曲线如下图。这时比较大的非线性误差大于16Ω,误差比较大。

  根据公式生成温度电阻值表,再在查找表中进行小范围的线性插值,是既计算简单又可以实现准确逼近的方法。在IEC60751中附有1℃为间隔的温度电阻值查询表。

  5、测量电流

  铂热电阻基本都使用直流电流激励进行测量,测量电流不可避免的会在电阻中产生热量,引入自热误差。铂热电阻手册中有标注测量电流、自热系数,两个参数,典型测量电流I为0.3~1mA,自热系数S为0.015℃/ mW左右。

  根据自热系数可计算测量电流引入的温度误差,根据以下公式。

  例如给定1mA,在PT100阻值比较大400Ω时,产生的自热温度约为0.01℃,这种情况下误差可以忽略。在铂电阻自热系数不影响的情况下,测量电流优先设定到较大值,电流过小时输出电压值幅度变小,信噪比降低。1mA是比较常用的测量电流值。

  6、接线方式

  铂热电阻的输出引线方式有二线制、三线制、四线值,其中二线制引线电阻引入的误差无法消掉除;四线制无引线电阻误差,但引线数量比较多;三线制基于三个根引线在同等物理尺寸条件下,引线电阻值相等,两次测量电阻值之后通过计算可消掉引线误差,是用得比较多的方式。

  7、总结

  测温电路的程度除却热电阻的前期选型,还需要后续硬件设计与软件算法的优化,ZLG致远电子针对铂热电阻测量,提供三线制接口的PT100接口模块TPS02,内置激励电流源在内的高稳定度测量电路、24位ADC、电阻温度值线性化算法,2500V电气隔离,连接铂热电阻就可以通过IIC数字接口读出温度值。


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