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程中常會因為不平衡電橋與熱電阻的非線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(nèi),通過調(diào)整儀表測量電路從而實現(xiàn)鉑電阻的溫度補償。
　　通常來說，熱電阻的阻值與其溫度有直接關系,呈拋物線形狀，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,兩者之間明顯的差異說明了控溫儀表測量對熱電阻造成了誤差因此,需要通過運算放大器具有的高的開環(huán)放大倍數(shù)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(qū)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(wěn)定。熱電阻的種類有很多，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系,隨溫度的變化而變化。因此在測量溫度時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。
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,就需要選擇一些靠近tmin=0的溫度tx。這時上面的式子又變成了Rtmin=βtmin2+αtmin+R0.這里需要強調(diào)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,但是這些條件都會預先給定,相應也會有拋物線與之對應。無論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(xiàn),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相應的增大。
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與被測溫度t之間就會存在Rt=βt2+αt+R0的關系,其中R0為被測溫度為0℃時熱電阻的阻值。由于關系式中存在二次項,就會存在隨溫度升高,鉑電阻的非線性更加嚴重，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處于被測溫度環(huán)境,溫度的穩(wěn)定性就會受到影響,波動較大,特別是隨溫度變化，阻值的誤差就會很難修正,因此需要對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進行補償,從而消除引線電阻的影響，一般的,通常采用三線制對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進行補償,但是在補償后仍會存在一定的導線影響。由于引線電阻還會隨現(xiàn)場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行補償時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(diào)整
　　在利用熱電阻測量溫度時通常采用的色環(huán)金屬電阻,有些電阻甚至還需要將多個電阻串聯(lián)才可以滿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(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，而實際橋路需要的電壓并不一定是5V,這樣在實際測量過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行調(diào)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(nèi)都能夠符合Pt100鉑電阻的溫度分度表，減小誤差。
3.2改進型實用有源電橋.
　　在利用熱電阻作為溫度傳感器進行實際測量的過程中,通常會利用三線制接法的橋式測量電路，這樣熱電阻的非線性和引線電阻都會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，可以使用改進型實用有源電橋，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(tǒng)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性的,這樣就會對儀表溫度的測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。除了繪制曲線這種方法也可以在橋路中對熱電阻進行非線性補償.這樣測得的精度雖然很高,但是測量的橋路相對比較復雜，在實際操作中相對比較困難。
　　對控溫儀表配熱電阻進行線性化處理是目前最為實用的測量溫度方法,這種方法的測量橋路電路比較簡單,在實際操作時調(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基礎部分作為輔助，分別為激勵器.試驗平臺和控制系統(tǒng)，因為在測量過程中使用了多臺振動器,CPU的計算負擔也相對的減輕許多,可以達到較為滿意的相位控制,但是在控制振幅.頻率和相位時還需要做到更加的正確。
5結語
　　熱電阻的溫度測量過程中難免會存在因為不平衡電橋與熱電阻的非線性對測量結果造成誤差的問題出現(xiàn)，因此需要對控溫儀表溫度傳感元件熱電阻溫度進行適當?shù)难a償。通過對熱電阻測量的方法的蓋面可以有效提高測量系統(tǒng)的精度,從而彌補誤差,滿足工程應用的需要。