設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)校準(zhǔn)RTD溫度測(cè)量系統(tǒng)，第三部分誤差分析測(cè)試

在計(jì)算系統(tǒng)的理論性能后,有必要通過(guò)測(cè)量驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)際性能。對(duì)于溫度測(cè)量系統(tǒng),最重要的性能指標(biāo)是測(cè)量溫度值與真實(shí)溫度值之間的誤差。因此,為了測(cè)量這一規(guī)格,需要一個(gè)精確的、大范圍的溫度源。偶然校準(zhǔn)具有豐富的溫度校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn),其產(chǎn)品為各種溫度測(cè)量場(chǎng)景提供了可靠的標(biāo)準(zhǔn)。

FLOKE的7109A便攜式校準(zhǔn)浴可以加熱或冷卻浴內(nèi)的液體,控制溫度輸出范圍為-25℃至+140℃,精度為-0.1℃。與0.414℃相比,不容忽視.因此,我們需要一個(gè)更精確的溫度計(jì)和7109a一起形成一個(gè)更精確的源。由鉑電阻溫度計(jì)5615-12和便攜式溫度計(jì)1529組成的意外溫度測(cè)量系統(tǒng)在校準(zhǔn)后,在0°C時(shí)的精度可達(dá)到+0.012℃。在隨后的實(shí)驗(yàn)中,弗拉克的溫度測(cè)量系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn),其讀數(shù)被認(rèn)為是被測(cè)量液體的真實(shí)溫度值。

值得注意的是,恒溫器中液體的溫度場(chǎng)并非等溫。根據(jù)7109A的技術(shù)規(guī)格,其典型的均勻性值為0.02℃,這意味著同一時(shí)間溫度調(diào)節(jié)器中任何兩點(diǎn)之間的最大溫差為0.02℃。這可能導(dǎo)致重復(fù)實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤,因?yàn)椴豢赡軐囟葌鞲衅髦糜谂c先前實(shí)驗(yàn)完全相同的位置。

試驗(yàn)方法

將本文選擇的鉑電阻溫度計(jì)和RTD放入恒溫器中,將恒溫器設(shè)置為一定的固定溫度值,等待溫度穩(wěn)定。同時(shí)記錄了偶然溫度測(cè)量系統(tǒng)和AD7124-8溫度測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)值。以系統(tǒng)的讀數(shù)為真實(shí)值,以AD7124-8溫度測(cè)量系統(tǒng)的讀數(shù)為測(cè)量值。減去這兩個(gè)值,得到AD7124-8溫度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際溫度測(cè)量誤差。

這里:

Tmeasured 是對(duì)AD7124-8溫度測(cè)量系統(tǒng)的讀數(shù)。

Ttrue 是對(duì)偶然溫度測(cè)量系統(tǒng)的讀數(shù)。

error [T] 在T°C溫度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際溫度測(cè)量誤差。

零度以下的設(shè)定溫度值被選為-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃,而高于零度的設(shè)定溫度值被選為0℃、10℃、25℃、37℃、55℃、70℃、85℃、100℃、120℃和140℃。

當(dāng)溫度低于零度時(shí),恒溫器中使用的液體是工業(yè)酒精,純度為99%,因?yàn)榫凭谋c(diǎn)相對(duì)較低。當(dāng)溫度高于零度時(shí),恒溫器中使用的液體是硅油,因?yàn)榫凭菗]發(fā)性的,容易造成安全事故。

RTD探測(cè)器

暴露的RTD易受環(huán)境中各種物質(zhì)的影響,防水防塵能力差。明顯地,水會(huì)嚴(yán)重影響RTD的電阻值。因此,有必要為RTD設(shè)計(jì)一個(gè)防水包裝。

本文制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的不銹鋼探針來(lái)保護(hù)RTD,如圖5所示。制造方法是將RTD放入不銹鋼套中,然后用硅膠凝膠填充套口。硅膠凝固后,可放入恒溫器進(jìn)行溫度測(cè)量。該方法并非優(yōu)良的防水溶液,僅在實(shí)驗(yàn)中使用。在實(shí)際應(yīng)用中,RTD防水必須是設(shè)計(jì)師不能忽視的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。

圖5一個(gè)RTD探測(cè)器。

值得注意的是,在超過(guò)670℃的高溫下,不銹鋼探測(cè)器會(huì)釋放出金屬離子,污染高純度鉑,導(dǎo)致RTD電阻值發(fā)生變化。因此,對(duì)于高溫測(cè)量應(yīng)用,RTD應(yīng)由石英玻璃或鉑制成的探針保護(hù)。這些材料可以在高溫下保持惰性,RTD可以保持不受污染。

試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)全部采用14個(gè)rddsPtfd101b1a0編號(hào)的rtd1到rtd14,隨機(jī)與3個(gè)AD7124-8設(shè)備組合,并按表4連接到每個(gè)Ad7124-8的Evb電路板的信號(hào)輸入終端。然后將RTD探針置于不同溫度下的恒溫器中進(jìn)行溫度測(cè)量,并將溫度測(cè)量值與實(shí)際值進(jìn)行比較。

表4各通道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將多個(gè)溫度值的誤差組合起來(lái),得到溫度測(cè)量系統(tǒng)在-25℃到+140℃之間的誤差曲線。圖6和圖7分別顯示了14個(gè)溫度測(cè)量通道溫度高于零和低于零的誤差曲線。

圖6誤差曲線(T&T;0℃)。

圖7誤差曲線(T<0℃)。

圖中的水平軸代表溫控器在°C中設(shè)定的溫度,垂直軸代表的測(cè)量誤差為°C。顯然,無(wú)論溫度低于或高于0℃,14個(gè)RTD溫度測(cè)量通道對(duì)應(yīng)著14條誤差曲線,具有一致的變化模式。因此,從實(shí)際測(cè)試中獲得的數(shù)據(jù)可以精確地獲得誤差函數(shù)。 錯(cuò)誤[T]溫度測(cè)量系統(tǒng)。如果該函數(shù)表達(dá)式能對(duì)同一過(guò)程產(chǎn)生的AD7124-8溫度測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生一定的誤差補(bǔ)償效應(yīng),那么直接在程序中使用該函數(shù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償可以在生產(chǎn)中節(jié)省校準(zhǔn)過(guò)程,大大提高溫度測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)于未校準(zhǔn)情況的性能。