溫度傳感器三線(xiàn)制接法的測量誤差

摘要：文章主要對溫度傳感器三線(xiàn)制接法的測量誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)單的.分析論述。溫度傳感器作為重要的儀器設備，有著(zhù)重要的作用與價(jià)值。
       熱電阻測溫傳感器是一種利用導體或者半導體電阻值隨溫度變化而實(shí)現測溫的傳感器溫度計，其主要材料要具有良好的電阻溫度系.數以及電阻率,具有較為穩定的物理化學(xué)性能，較為常見(jiàn)的主要為鉑熱電阻和銅熱電阻。溫度傳感器種類(lèi)繁多，其相對較為穩定，測量結果更為正確。通過(guò)三線(xiàn)制接法進(jìn)行測量監測中受到各種不確定因素的影響會(huì )導致其出現不同程度的誤差問(wèn)題，這些誤差會(huì )直接的降低正確性?？茖W(xué)分析各種誤差問(wèn)題,可以有效的控制誤差，提升測量精度。
1熱電阻測溫傳感器與三線(xiàn)制接線(xiàn)
1.1電阻測溫傳感器.
       熱電阻的電阻值會(huì )隨著(zhù)溫度變化而產(chǎn)生變化，屬于一種溫度的檢測元件，主要就是通過(guò)特定的金屬或者半導體材料的導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(zhù)溫度的上升而呈現勻速增長(cháng)的趨勢。通過(guò)熱電阻測溫就是--個(gè)測量置于測量點(diǎn)上的熱電阻阻值的過(guò)程。
1.2三線(xiàn)制接線(xiàn)
       電阻作為基本的單參數，阻值R可以根.據伏安特性定義，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，或者根據功率P定義，也就是R=P/(I^2)。
       因此測量熱電阻要在熱電阻兩端與導線(xiàn)連接，導線(xiàn)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 )直接的降低測量結果的正確性。為了消除干擾影響，降低測量誤差，就要分析引線(xiàn)的狀況。在進(jìn)行熱電阻測量的同時(shí)要在引線(xiàn)兩端進(jìn)行監測分析。在兩根引線(xiàn)參數相同的狀況之下，要分析其中一根的狀況，常規狀況之下要至少添加一根導線(xiàn)，通過(guò)測量引線(xiàn)中一根現場(chǎng)端，將其連接到儀表端中，就是三線(xiàn)制連接。
       溫度參數是一種在工業(yè)生產(chǎn)中常用的生產(chǎn)過(guò)程，溫度傳感器性能穩定在溫度測量中應用廣泛。而隨著(zhù)工業(yè)的精細化、科技化發(fā)展，現階段在工業(yè)生產(chǎn)中對于溫度高精度檢測要求越來(lái)越嚴格。在一-些工業(yè)生產(chǎn)緩解中要求溫度測量精度高在0.1%以上，一些要求絕對誤差要小于0.1℃。對此要合理的分析溫度傳感器測量誤差，實(shí)現精度高的測量分析。三線(xiàn)制接法在測量中具有精度高、量程寬以及成本低、功耗低的特征，效果顯著(zhù)。
       溫度傳感器有著(zhù)不同的類(lèi)型。而因為傳感器的穩定性決定了其測量結果相對較為正確，在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應用。通過(guò)測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定運行。而在檢測中受到各種因素的影響導致其出現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。對此，溫度溫度傳感器的三線(xiàn)制接法，可以有效的降低測量誤差問(wèn)題。
2溫度傳感器測量誤差來(lái)源與評定
       分析溫度傳感器三線(xiàn)制接法的測量誤差來(lái)源，通過(guò)不確定度分析以及評定等方式了解其主要規律，了解測定原理，可以為消除誤差提供正確參考。
2.1誤差來(lái)源
       三線(xiàn)制接法測量過(guò)程中會(huì )出現不同程度的系統誤差問(wèn)題。這些誤差無(wú)法避免，而誤差過(guò)大勢必會(huì )降低測量的正確性。三線(xiàn)制接法測量中不同環(huán)節都會(huì )造成--些誤差隱患問(wèn)題。出現誤差主要就是受到檢測中溫度場(chǎng)均勻性、重復檢測溫度傳感器以及設備應用中產(chǎn)生的誤差問(wèn)題。
2.2誤差不確定度分析與評定
       在三線(xiàn)制接法出現測量誤差的時(shí)候，要分析真值以及測量值之間的差值，通過(guò)估算的方式在某個(gè)量值范圍中的真值，表達測量結果誤差的過(guò)程中為了提升客觀(guān)性，會(huì )通過(guò)不確定度的方式分析評定測量結果。
       而不確定度則主要通過(guò)表征的方式賦予被測量一定分散性，其屬于是在某個(gè)量值范圍中通過(guò)客觀(guān)評定而獲得的被測量值。通過(guò)不確定度的表征方式進(jìn)行分析其屬于標準偏差，也稱(chēng)之為標準不確定度。
2.3檢測系統總不確定度評定
       在表示測量結果中，為了提升正確性，就要限定測量區間。滿(mǎn)足測量區間大部分的被測量值的不同要求，確定誤差來(lái)源，通過(guò)系統.監測降低誤差達到提升正確性的目的。
3溫度傳感器三線(xiàn)制接法的測量誤差解析
3.1溫度傳感器三線(xiàn)制接法的測量原理
        在測量中，熱電阻主要根據電阻熱效阻值隨著(zhù)溫度變化而出現不同程度的變化。綜合其阻值測量溫度，是較為重要的工作。在測量中因為傳感器以及現場(chǎng)儀表之間存在較長(cháng)的連線(xiàn)，接線(xiàn)導線(xiàn)電阻則會(huì )導致測量誤差問(wèn)題，因此在實(shí)踐中主要通過(guò)三線(xiàn)制消除導線(xiàn)誤差因素。
     
       通過(guò)三線(xiàn)制的方式進(jìn)行熱電阻信號檢測，剔除導線(xiàn)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)精密運算放大器以及轉換器可以實(shí)現輸入檢測分析。在檢測中通過(guò)采樣以及軟件處理則可以有效剔除導線(xiàn)產(chǎn)生的影響，提升熱電阻阻值的正確性。
       轉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)校準的功能，在大的信號動(dòng)態(tài)范圍中可以充分適應，有效的保障了傳感器全量程的精度。其在運行中功耗相對較小，可以在高精度的電路檢測中應用。
3.2接觸熱電勢影響以及放大器輸入漏電流誤差因素補償方式
       在測量信號中也涵蓋了接觸熱電勢影響以及放大器輸入漏電流等相關(guān)因素產(chǎn)生的影響?；趥鞲衅髦苯右约皟x表連接過(guò)程中的現場(chǎng)溫度儀表為主要背景，其同時(shí)涵蓋了熱電阻與兩條導線(xiàn)恒壓環(huán)節中分壓。其兩條導線(xiàn)、電阻中均存在著(zhù)兩個(gè)不同的金屬接點(diǎn)，其引線(xiàn)多數為銀線(xiàn)，兩個(gè)接點(diǎn)屬于鉑一銀接點(diǎn);其兩條導線(xiàn)引出之后會(huì )與接線(xiàn)端子連接。不同成對的接點(diǎn)位置溫度不同則就會(huì )產(chǎn)生額外的熱電勢。
3.3電路基準參數誤差修正數字校準
       在實(shí)踐中溫度測量中的電路基準參數以及誤差修正的標稱(chēng)值具有一定的初始誤差，對其進(jìn)行校準可以有效的提升測量溫度的正確性。通過(guò)利用兩個(gè)不同電阻值的方式進(jìn)行電阻模擬，分兩次測量并且求解數值，模擬電阻應用高精度電阻箱給出。
       將獲得的數值存入到控制系統中，通過(guò)非易失存儲器將其作為正視測量中的已知參數，則可以實(shí)現數字校準測量，通過(guò)計算可以確定實(shí)際測量溫度值。
3.4測溫方案
3.4.1方案1
       常用的消除引線(xiàn)中電阻影響的主要電路圖如圖1所示。其中在虛線(xiàn)框中表示的就是三線(xiàn)制電阻溫度傳感器的結構信息，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電壓轉換三線(xiàn)制鉑電阻進(jìn)行測量，其恒流源I利用引線(xiàn)3、引線(xiàn)1進(jìn)行接地，將其作為鉑電阻傳感器的主要.激勵電源。
3.5測量過(guò)程
       在熱電阻檢測中要綜合其自身的熱誤差問(wèn)題，通過(guò)限制自身驅動(dòng)電流的方式進(jìn)行計算分析。通過(guò)模擬熱電阻，利用三線(xiàn)制接線(xiàn)方式進(jìn)行測量。
       首先進(jìn)行分辨率測試。通過(guò)最小分辨率0.001Ω電阻箱進(jìn)行熱電阻模擬，將其基準電阻設置為100Ω，通過(guò)對最小步進(jìn)檔進(jìn)行分辨率的檢測模擬。然后進(jìn)行精度測試，熱電阻使用精度為0.005%精度高的電阻箱進(jìn)行模擬分析，為了避免因為分度標準不同而導致的結果溫差差異問(wèn)題，在測試中僅僅對電阻值進(jìn)行檢測分析，通過(guò)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的滑動(dòng)平均濾波處理,通過(guò)對誤差進(jìn)行簡(jiǎn)單分析(如表1)。其檢測到最大的絕對誤差為0.006Ω，其最小絕對誤差數值則為0.001Ω。通過(guò)測試結果分析，在測試中最大絕對誤差為0.016Ω，溫度結果精度相對較高。

3.6仿真測量結果
        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(xiàn)電阻之下輸出電阻。
       通過(guò)計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(xiàn)電阻產(chǎn)生的影響。
4結束語(yǔ)
       溫度傳感器具有精度高的特征，其測溫.范圍相對較寬，使用便捷，在工業(yè)過(guò)程控制以及測量系統中應用相對較為廣泛。在實(shí)踐中受到傳感器測量重復性以及溫度場(chǎng)等多種因素的共同影響會(huì )導致其出現測量誤差問(wèn)題，這些誤.差問(wèn)題的存在直接的降低了監測的正確性。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正確性,達到提升檢測正確性的目的。