精确的热阻温度测量方法

文章出处：yaxun88 人气：发表时间：2019-11-27 15:43

摘要：本文介绍了一种通过恒压分压法准确测量三线热阻电阻的方法。对于Pt100热电阻，检测分辨率可以达到0.005W。同时，使用该计算方法，可以获得的温度精度达到0.05°C。
关键字：恒压；三线制；热阻;准确性

介绍
温度参数是工业生产中最常用的生产过程参数之一。尽管有许多不同的测量温度的方法，但是由于其优异的特性，热阻已成为工业温度测量中使用最广泛的传感元件之一。由于其优异的物理性能，金属铂使其成为制造热敏电阻的首选材料。它可以制成小薄膜形式，也可以缠绕在陶瓷和云母基板上，以创建一个高度稳定的温度传感器，可以适应各种复杂的温度测量应用。在-200°C至+400°C的温度范围内，Pt100 RTD温度传感器是首选的温度测量元件。

当前，在各种检查设备中，例如各种检查恒温器中，要求设备提供高精度的温度指示，这需要高精度的温度测量。例如，在带有Pt100热阻传感器的智能两线制集成温度变送器中，还需要高精度的温度测量，以确保变送器在全范围内的高精度。为了消除线电阻对测量的影响，在实验室和工业应用中均使用三线式引线键合来消除线电阻的影响。本文介绍一种解决方案，该解决方案可在提供高精度温度转换方法的同时准确测量三线热敏电阻的电阻。
三线热电阻电阻检测电路

图1是使用恒压分压方法来精确测量三线热敏电阻的电阻的检测电路。它实际上是高精度温度变送器的检测部分。它使用AD7705作为模数转换器，系统控制CPU使用P87LPC764。整个系统是一个低功耗系统。

在图1中，电阻器主体RT连接到三线制系统，而RL是三线制电阻器。通常，每个导体的电阻在5W以内。电阻体与测量电路分别通过三点A，B，C连接，实际上与电阻R形成了电压VREF的分压电路。一般情况下，为避免因加热引起的测量误差电阻体的电流应小于3mA。在此，通过选择VREF和R，驱动热敏电阻的电流约为0.6 mA。当已知VREF和R时，通过检测VAB和VAC，可以通过计算获得RT以确定实际温度。 VAB和VAC的检测是通过双输入通道AD7705完成的。 16位sigma-delta A / D转换器的输入带有可编程放大器，该放大器使用8倍增益，通道1检测VAC，通道2检测VAB。参照图1，容易获得关于VAB和VAC的以下关系1和2，它们实际上是其中RT和RL未知的二元一次方程，并且容易求解RT，即，方程3。

VAB = VREF * RL /（R + RT + 2 * RL）（1）
VAC = VREF *（RT + 2 * RL）/（R + RT + 2 * RL）（2）
RT = R *（VAC-2 * VAB）/（VREF-VAC）（3）

当获得RT时，可以间接得出实际测量的温度。由于传感器是非线性的，因此传统方法通常使用查表，折线等方法来计算温度。但是，这些方法很难在有限的表空间中获得高精度，并且仅适用于精度要求较低的工业场合。如果通过使用国家标准中给出的Rt（t）函数公式加上试差法得出温度值，则可以获得极高的精度。然而，在先前的计算机处理方法中，由于程序的复杂性，通常避免了浮点计算方法。但是，当前的C51编译器非常高效，程序存储空间也不成问题，因此我采用了这种高精度计算方法。以下是用于计算RT和测量温度的C51函数。它使用符合IEC751标准且TRC = 0.003851的Pt100热阻。
Process_t（）/ *测量温度解函数，称为R，VREF * /
{
数据浮动vac，vab，rt，rt1，t;
     Vac = ad_pro（1）;
Vab = ad_pro（2）; / * VAB和VAC的A / D转换* /
Rt1 = r *（vac-2 * vab）/（vref-vac）;
/ *计算热电阻的当前值* /
       Rt = lubo（rt1）; / *滑动加权过滤* /
   t =（rt-100）/0.36；
/ *首先以400个指标线性估算当前温度* /
         做
/ *使用试错法计算周期，估计的t为初始值* /
         {
         如果（rt <100）/ *低于零摄氏度* /
           {
             Rt1 = 100 + t *（0.390802-0.0000580195 * t-
         0.000000000427351 *（t-100）* t * t）;
           }
         否则/ *摄氏温度低于零位处理* /
           {
             Rt1 = 100 + t *（0.390802-0.0000580195 * t）;
           }
         t = t +（rt-rt1）/0.36;
         }
       While（（（（rt-rt1）> 0.005）||（（rt1-rt）> 0.005）;
       / *计算出的残差最终小于0.005欧姆* /
           Return（t）/ *试用间隔结束，返回浮点温度值* /
}

R和VREF的校准
上述用于测量温度的解决方案是将R和VREF都视为已知参数。在表面上，它们都具有标称值，但是它们的标称值都容易出错。
其中R是精度为0.1％的高稳定性金属膜电阻器，VREF取自LM285，其工厂稳定度范围为1.235

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