控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度補償

摘要:熱電阻的溫度測量過(guò)程中常會(huì )因為不平衡電橋與熱電阻的非線(xiàn)性對測量結果造成一定程度的影響,為了彌補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,通過(guò)調整儀表測量電路從而實(shí)現鉑電阻的溫度補償。
　　通常來(lái)說(shuō)，熱電阻的阻值與其溫度有直接關(guān)系,呈拋物線(xiàn)形狀，在控溫儀表測量電路的條件下,溫度傳感元件熱電阻的阻值與熱電阻的溫度近似呈直線(xiàn),兩者之間明顯的差異說(shuō)明了控溫儀表測量對熱電阻造成了誤差因此,需要通過(guò)運算放大器具有的高的開(kāi)環(huán)放大倍數和深度負反饋的性質(zhì)對熱電阻溫度做出補償。
1熱電阻的工作原理
1.1工作原理
　　在中低溫區中熱電阻是最為常用的溫度檢測器，它的測量精度相對其他檢測器要高許多,性能也更加穩定。熱電阻的種類(lèi)有很多，其中鉑熱電阻的測量精度是高的，并且應用范圍也很廣,除了在工業(yè)測溫中被使用，也常被制成標準的基準儀。
　　熱電阻與熱電偶的測溫原理不同，熱電阻的熱效應是熱電阻測量溫度的主要原因,這里的熱效應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。因此在測量溫度時(shí)只要測量出溫熱電阻的阻值變化就可以直接測出溫度。當前采用的主要熱電阻包括金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類(lèi)。
1.2表示方法
　　一般的，熱電阻都是通過(guò)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，單位分別是Ω/℃和Ω/℃2,這兩個(gè)值的具體數值都可以通過(guò)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.這里需要強調的是不同的熱電阻給定溫度邊界條件不同,相同型號的熱電阻溫度邊界條件也不同,但是這些條件都會(huì )預先給定,相應也會(huì )有拋物線(xiàn)與之對應。無(wú)論tmin,tmax與相應的Rtmin,Rtmax是什么值，α都是正直，β都是負值，由此可以發(fā)現,在熱電阻相應的Rt和給定型號的熱電阻溫度分度表相符合的前提下，如果其他部分遠離tmin和tmax,那么與溫度分度表的誤差也會(huì )相應的增大。
2熱電阻溫度誤差的來(lái)源
2.1熱電阻的非線(xiàn)性
　　如果測量的溫度處在0~850℃的范圍內,那么鉑電阻的電阻值Rt與被測溫度t之間就會(huì )存在Rt=βt2+αt+R0的關(guān)系,其中R0為被測溫度為0℃時(shí)熱電阻的阻值。由于關(guān)系式中存在二次項,就會(huì )存在隨溫度升高,鉑電阻的非線(xiàn)性更加嚴重，影響精度。
2.2引線(xiàn)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,這樣的話(huà)，熱電阻的引線(xiàn)就常會(huì )處于被測溫度環(huán)境,溫度的穩定性就會(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,因此需要對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補償,從而消除引線(xiàn)電阻的影響，一般的,通常采用三線(xiàn)制對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補償,但是在補償后仍會(huì )存在一定的導線(xiàn)影響。由于引線(xiàn)電阻還會(huì )隨現場(chǎng)施工條件變化而變化，因此在對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行補償時(shí)還需要嚴格控制施工條件。
3彌補控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度的方法
3.1測量橋路的調整
　　在利用熱電阻測量溫度時(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(mǎn)足計算的阻值的要求，但是這樣得到的電阻仍不是很正確。此外由于在計算供給測量橋路的直流穩壓電源是在5~6V的電壓條件下,但是在調整后是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)際測量過(guò)程中如果想補償控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度，就需要對測量橋路進(jìn)行調整,保證儀表測量橋路中的鉑電阻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)際測量的過(guò)程中,通常會(huì )利用三線(xiàn)制接法的橋式測量電路，這樣熱電阻的非線(xiàn)性和引線(xiàn)電阻都會(huì )對測量結果造成一定的誤差,為了彌補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測量結果的影響，從而提高系統的精度,減小測量誤差。
4彌樸儀表溫度傳感元件熱電阻溫度的趨向
　　控溫儀表測量橋路中的溫度中采用的傳感元件熱電阻是非線(xiàn)性的,這樣就會(huì )對儀表溫度的測量精度造成一定程度的影響。就現階段的研究情況來(lái)看,有很多方法可以解決這類(lèi)問(wèn)題，比如可以繪制熱電阻溫度采樣的區間的割線(xiàn)近似代替熱電阻Rt^t曲線(xiàn),這種方法控溫區間相對較小，測量精度也不高，因此這種方法并不常用。除了繪制曲線(xiàn)這種方法也可以在橋路中對熱電阻進(jìn)行非線(xiàn)性補償.這樣測得的精度雖然很高,但是測量的橋路相對比較復雜，在實(shí)際操作中相對比較困難。
　　對控溫儀表配熱電阻進(jìn)行線(xiàn)性化處理是目前最為實(shí)用的測量溫度方法,這種方法的測量橋路電路比較簡(jiǎn)單,在實(shí)際操作時(shí)調整起來(lái)也比較容易,并且精度也比較高。但是這種方法需要三個(gè)基礎部分作為輔助，分別為激勵器.試驗平臺和控制系統，因為在測量過(guò)程中使用了多臺振動(dòng)器,CPU的計算負擔也相對的減輕許多,可以達到較為滿(mǎn)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結語(yǔ)
　　熱電阻的溫度測量過(guò)程中難免會(huì )存在因為不平衡電橋與熱電阻的非線(xiàn)性對測量結果造成誤差的問(wèn)題出現，因此需要對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進(jìn)行適當的補償。通過(guò)對熱電阻測量的方法的蓋面可以有效提高測量系統的精度,從而彌補誤差,滿(mǎn)足工程應用的需要。