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(shè)計(jì)而不需要校準(zhǔn)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(bǔ)償?shù)姆椒?在不需要校準(zhǔn)的情況下,在-25℃到+140℃的范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了等于。

導(dǎo)言

溫度測量系統(tǒng)誤差一致性是誤差補(bǔ)償?shù)那疤?本文將介紹RTD溫度測量系統(tǒng)的理論誤差計(jì)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(nèi)的不同溫度值來測量RTD溫度測量系統(tǒng)的誤差?；诓煌瑴y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(shù)表達(dá)式,用于補(bǔ)償溫度測量系統(tǒng)的誤差。驗(yàn)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?yàn)樗鼈儗囟刃盘栟D(zhuǎn)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(diǎn),在溫度測量中得到了廣泛的應(yīng)用。

rtd的制造商包括TE連接、賀利埃夫斯、霍尼韋爾等。大多數(shù)RTD制造商生產(chǎn)的RTD符合IEC 60751標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將鉑RTD分為四種精度等級： AA、A、B和c。在選擇RTD時，應(yīng)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(shù)。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(jīng)過綜合分析,發(fā)現(xiàn)B類RTD溫度測量范圍較廣,其公差小,足以滿足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)DINES60751規(guī)定了PT100電阻和溫度之間的關(guān)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(nèi)的溫度系數(shù)為0.385電子分。

Fig 1. Pt100 特性曲線圖。

PTF系列的電阻-溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系也遵循DIN EN 60751標(biāo)準(zhǔn)。卡倫達(dá)-范杜森公式準(zhǔn)確地描述了Pt100的電阻值與溫度之間的傳遞函數(shù)。

Figure 2. ADC 構(gòu)造

當(dāng)溫度為T≥0C時，傳遞函數(shù)如式1所示。

當(dāng)溫度為T < 0 C時，傳遞函數(shù)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(jù)RTD的電阻值計(jì)算溫度,需要推導(dǎo)傳遞函數(shù)的逆函數(shù)。在本文中,將使用下列公式進(jìn)行計(jì)算:

當(dāng)R~100時,方程是

當(dāng)R<100DB2時,將使用五階多項(xiàng)式擬合進(jìn)行計(jì)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(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)精確的信號調(diào)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(yīng)用,并對其進(jìn)行適當(dāng)配置,以盡可能消除信號鏈中的誤差源。