設計一個無校準RTD溫度測量系統(tǒng)，第一部分PT100探頭特性分析
電阻溫度檢測器(RTD)溫度測量系統(tǒng)是否有一致的誤差?高精度的RTD溫度測量系統(tǒng)可以設計而不需要校準嗎?本文介紹了一種高精度RTD溫度測量系統(tǒng),該系統(tǒng)采用誤差補償的方法,在不需要校準的情況下,在-25℃到+140℃的范圍內,實現了等于。
導言
溫度測量系統(tǒng)誤差一致性是誤差補償的前提.本文將介紹RTD溫度測量系統(tǒng)的理論誤差計算方法,并試圖盡可能減少誤差源。然后,選擇在-25℃至+140℃范圍內的不同溫度值來測量RTD溫度測量系統(tǒng)的誤差。基于不同測量通道溫度測量誤差曲線的一致性,找到了溫度測量誤差曲線的擬合函數表達式,用于補償溫度測量系統(tǒng)的誤差。驗證了該方法在提高溫度測量系統(tǒng)精度方面的有效性.整個范圍的誤差從-0.8℃大幅降低到+0.2℃至-0。15℃至+0.15%℃。最后,給出了溫度測量系統(tǒng)的測量噪聲和誤差.
RTD選擇
溫度傳感器是溫度測量系統(tǒng)的重要組成部分,因為它們將溫度信號轉換為電信號,以便能夠測量溫度。常見的溫度傳感器類型包括熱電偶,rds,熱敏電阻和IC溫度傳感器。
其中,RTD具有線性度好、測量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,在溫度測量中得到了廣泛的應用。
rtd的制造商包括TE連接、賀利埃夫斯、霍尼韋爾等。大多數RTD制造商生產的RTD符合IEC 60751標準，該標準將鉑RTD分為四種精度等級： AA、A、B和c。在選擇RTD時，應全面考慮溫度測量范圍、公差和成本等因素。TE連接公司的PTF系列包括一系列由鉑電阻制成的鉑電阻，使用最新的薄膜技術。表1顯示了這些rtd的測量范圍、公差和成本。
Table 1. 不同等級的PTF系列RTDs的比較
RTD ClassRangeTolerance at T°C
AA–30°C to +200°C±(0.10 + 0.0017 × |T|)
A–30°C to +300°C±(0.15 + 0.002 × |T|)
B–50°C to +600°C±(0.30 + 0.005 × |T|)
C–50°C to +600°C±(0.60 + 0.06 × |T|)
如表1所示,隨著等級的改變,RDS的公差逐步增加,等級越高,公差越小。經過綜合分析,發(fā)現B類RTD溫度測量范圍較廣,其公差小,足以滿足大多數工業(yè)應用的需要。此外,B類無線電廣播的成本相對較低。因此,選擇具有PTFD101B1A0模型的B類RTD作為本文中使用的溫度傳感器。
PT100的電阻溫度特性曲線
德國標準DINES60751規(guī)定了PT100電阻和溫度之間的關系,如圖1所示。PT100RTD的電阻為0℃時的100電子分,在一定溫度范圍內的溫度系數為0.385電子分。
Fig 1. Pt100 特性曲線圖。
PTF系列的電阻-溫度轉換關系也遵循DIN EN 60751標準。卡倫達-范杜森公式準確地描述了Pt100的電阻值與溫度之間的傳遞函數。
Figure 2. ADC 構造
當溫度為T≥0C時，傳遞函數如式1所示。
當溫度為T < 0 C時，傳遞函數如式2所示。
此處：
T是RTD溫度(C)
R (T)為溫度T下的RTD電阻
R0為0°C時的RTD電阻
為了根據RTD的電阻值計算溫度,需要推導傳遞函數的逆函數。在本文中,將使用下列公式進行計算:
當R~100時,方程是
當R<100DB2時,將使用五階多項式擬合進行計算:
這里
T ( R) 是溫度。
R 是在 T °C和其他變量是以前定義的。
參考電路和ADC配置
為了實現高精度的溫度測量,不僅需要選擇誤差小的傳感器,而且還需要設計精確的信號調節(jié)電路。在這篇文章中,我們選擇了?AD7124-8 ,適用于高精度溫度測量應用,并對其進行適當配置,以盡可能消除信號鏈中的誤差源。
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