《電子技術(shù)應(yīng)用》
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溫度測量時如何消除線阻抗引入的誤差?

2019-08-07
關(guān)鍵詞: 傳感器 控制器

  常用鉑熱電阻PT100是一種具有正溫度系數(shù)的感溫傳感器,即隨溫度升高,傳感器自身阻值呈正相關(guān)的變化,如圖1.1,被測對象的溫度每上升1℃,PT100的阻值隨之增加0.385,在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi),鉑熱電阻PT100良好的線性度,為開發(fā)者開發(fā)提供了高精度測量的保障,這是PT100應(yīng)用廣泛的原因之一。

  

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  PT100可作為高精度測溫傳感器,功能優(yōu)異,但是在工業(yè)環(huán)境復(fù)雜的情況下,傳感器冗長的導(dǎo)線會帶來線阻抗,這對于0.385,若想保證0.1度的精度,即需要保證線阻抗引來的誤差必須小于38.5,而為了不引入傳感器PT100自身熱效應(yīng)帶來的誤差,PT100的恒流源電流一般設(shè)置在0.1mA~1mA,若恒流源設(shè)置在1mA,由式1.1計算可得,誤差電壓須小于38.5uV,這是排除噪聲影響下的估算。

  

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  因此,想要得到高精度測溫效果,必須消除傳感器線阻抗帶來的誤差影響,行業(yè)內(nèi)一般接線有三種方式,如表1.1。

  表1.1 PT100通用接法

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  由表1.1可以看出,兩線制接法線阻抗誤差最大,且無法排除;四線制接法也稱開爾文氏接法,最為精準(zhǔn)且簡單,但是需要接口資源比較多;三線制接法可以通過計算排除線誤差,節(jié)約接口資源,但是需要三根線等阻抗,這也是比較容易實現(xiàn)的。

  針對復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境,客戶對于高精度測溫產(chǎn)品的需求,我司推出一款雙通道高精度熱電阻PT100隔離測溫模塊TPS02R,可以實現(xiàn)在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi)測量精度為0.02%0.1℃,10ppm低溫漂指標(biāo)。

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  如圖1.2,三線制接法采集電壓信號,由后端PGA提供增益放大,經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換,輸出數(shù)字信號給MCU處理,由于A,B,C三線均存在線阻抗,,。這里可以通過安裝標(biāo)準(zhǔn)三線制PT100,可保證

  

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  恒流源流經(jīng)共模電阻R,為ADC提供一定的共模電壓,ADC差分輸入通道分別測量AB,AC兩端電壓。已知

  

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  結(jié)合式1.2,經(jīng)過計算處理

  

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  通過式1.4,可以得到完全消除線阻抗誤差的PT100測量值,實現(xiàn)高精度溫度測量。三線制接法可以在實現(xiàn)與四線制相同測量精度的同時,節(jié)省出一個接線端子,這對于對用戶開發(fā)小型化產(chǎn)品優(yōu)勢很大,三線制接法只要保證A,B,C等阻抗,即可保證線阻抗的引入誤差基本可忽略不計。

  我司TPS02R在三線制接法的基礎(chǔ)上,對恒流源做優(yōu)化處理,利用運放負(fù)反饋原理,提高恒流源穩(wěn)定性,并為ADC輸入提供一定共模電壓,為ADC差分測量提供保證,并賦予監(jiān)測報警功能。具體測量數(shù)據(jù)如表1.2


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