比例型三线测量系统的原理和优势

1755 RTD

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 许多医疗、过程控制和工业自动化应用都需要精确温度测量来实现其功能。电阻式温度检测器（RTD）在这些精确温度测量中通常用作传感元件，因为它们具有宽泛的温度测量范围、良好的线性度以及卓越的长期稳定性和可复验性。RTD是由金属制成的传感元件，在工作温度范围内具有可预测的电阻。可通过RTD注入电流并测量电压来计算RTD传感器的电阻。然后可基于RTD电阻和温度之间的关系来计算RTD温度。本文由三部分组成，第1部分讨论了比例型三线测量系统的原理和优势。在第2部分，我们将励磁电流源失配的影响与其它误差源的影响进行了比较。在第3部分，我们提供了解决方案，以便最小化或减轻励磁失配的影响。 Pt100 RTD概述 Pt100 RTD是一种铂质RTD传感器，可在很宽的温度范围内提供卓越的性能。铂是一种贵金属，作为常用的RTD材料具有最高的电阻率，能实现小尺寸的传感器。由铂制成的RTD传感器有时被称为铂电阻温度计或PRT。Pt100 RTD在0℃时阻抗为100Ω，每1℃的温度变化大约会引起0.385Ω的电阻变化。当处于可用温度范围的极限时，电阻为18.51Ω（在-200℃时）或390.48Ω（在850℃时）。Pt1000或Pt5000等价值更高的电阻式传感器可用来提高灵敏度和分辨率。 Callendar Van-Dusen（CVD）方程式诠释了RTD的电阻特性与温度（T，以摄氏度为单位）的关系。当温度为正值时，CVD方程式是二阶多项式，如方程式（1）所示。当温度为负值时，CVD方程式则扩展为方程式（2）所示的四阶多项式。在欧洲的IEC-60751标准中规定了CVD系数（A、B和C）。方程式（3）展示了这些系数值。R0是RTD在0℃时的电阻。图1标绘了温度从-200℃增至850℃时Pt100 RTD电阻的变化。图1：温度从-200℃增至850℃时的Pt100 RTD电阻三线RTD 三线RTD配置很受欢迎，因为它们在成本和准确度之间取得了平衡。在所推荐的三线配置中，一种励磁电流（I1）可跨RTD元件产生电压电势。与此同时，另一种励磁电流（I2）被注入，以便从最终测量值中抵消RTD引线的电阻（RLEAD），如图2和方程式（4-7）所示。图2：具有导线电阻的三线RTD RTD测量电路配置差分RTD电压VDIFF通常由模数转换器（ADC）进行转换，并被传送到处理器以供解读。该ADC可将输入电压与参考电压VREF作比较，从而产生数字输出。图3展示了使用离散性外部参考电压的三线RTD测量电路。方程式（8）则定义了基于数字代码总数、RTD电阻、励磁电流大小和参考电压的最终转换结果。该示例假设ADC具有±VREF的满量程范围。如图所示，因参考电压与励磁电流的量值、噪声和温度漂移而产生的误差会直接导致转换错误。图3：具有外部参考的三线RTD电路把RTD和ADC放置在比例型配置（图4）中，能获得一种更精确的电路配置，适用于三线RTD系统。在比例型配置里，流过RTD的励磁电流可通过低侧参考电阻器RREF返回到接地。跨RREF形成的电压电势VREF被提供给ADC的正参考引脚和负参考引脚（REFP和REFN）。跨RTD和RREF电阻器的电压降是由相同的励磁电流产生的（方程式9和方程式10）。因此，励磁电流的变化会同时反映在RTD差分电压和参考电压上。由于ADC输出代码表示的是输入电压和参考电压之间的关系，故最终转换结果可换算为RTD电阻和RREF电阻的比，并非取决于参考电压或励磁电流的值（方程式11）。所以，如果励磁电流完美匹配，不影响最终转换结果，那么因励磁电流的大小、温度漂移和噪声而产生的误差就可以消除。此外，比例型配置还有助于减小外部噪声（对输入电压和参考电压而言似乎很常见）的影响，因为这种噪声也会消除。图4：比例型三线RTD电路励磁电流源失配误差这两种励磁电流必须彼此相等，以实现理想的传递函数（方程式11）。励磁电流失配会改变理想的系统传递函数，因为它能降低引线电阻抵消的有效性。当一种励磁电流被减小或增加的量达到失配规范规定的极限值时，会对传递函数产生最严重的影响。这在方程式（12）（其中Δ代表励磁电流失配）里得到了诠释。 I2的失配可导致理想传递函数发生改变（方程式13）。通过将方程式（13）的计算结果与方程式（11）的理想传递函数进行比较，方程式（14）可计算出励磁电流失配引起的增益误差。如果明确规定励磁电流失配用％FSR表示，那么可按方程式（15）所示计算增益误差。可通过标准增益校准消除励磁电流失配引起的增益误差。不过，励磁电流失配通常会随温度变化而漂移，这就需要复杂的校准来予以矫正。总结在本文的第1部分，我们介绍了三线RTD、引线电阻抵消以及构建比例型三线RTD系统所带来的好处。我们指出，当比例型RTD配置从励磁电流的初始准确度中消除误差后，这两种励磁电流之间的失配仍会引起增益误差。欢迎和我们一起把关注点转向本文的第2部分 —— 在该部分我们将提供对现代比例型三线RTD测量系统的分析，以便说明误差的来源，包括励磁电流失配和漂移的影响。 0
2018-9-4 14:59:16　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × elecfans电答该类别下有 503 个回答，其中被选为最佳答案 1 次。邀请回答辰达行电子该类别下有 112 个回答。邀请回答叫我赵大只该类别下有 30 个回答。邀请回答 xiaoxue11 该类别下有 28 个回答。邀请回答 leetow2006 该类别下有 25 个回答。邀请回答西西该类别下有 20 个回答。邀请回答杰然不同该类别下有 20 个回答。邀请回答 xichi2015 该类别下有 17 个回答。邀请回答 zhtyr 该类别下有 17 个回答。邀请回答 YHZY 该类别下有 13 个回答。邀请回答曾庆发该类别下有 11 个回答。邀请回答小程321 该类别下有 10 个回答。邀请回答 shaorc 该类别下有 10 个回答。邀请回答 bigcap1234 该类别下有 10 个回答。邀请回答孙敬啊该类别下有 9 个回答。邀请回答 Music 该类别下有 9 个回答。邀请回答两只耳朵怪该类别下有 9 个回答。邀请回答卍依靠佛号走天涯卍该类别下有 8 个回答。邀请回答去玩儿该类别下有 8 个回答。邀请回答 xudajiang1988 该类别下有 8 个回答。邀请回答举报郎渐海相关推荐 • RTD测量系统中励磁电流失配的影响是什么 1329 • 三线测量系统的原理和优势 1611 • 两线、三线制热电阻接线的区别是什么 21259 • 接近开关三线怎么接线 3955 • 三线制交流电机如何接线？ 2955 • ade7758用在三相三线制的时候，需要对寄存器COMPMODE怎么设置？ 5747 • 求助，关于PGA309三线校准与四线校准的问题求解 115 • 三相三线B接N相的疑惑 7579 • 如何通过按键控制三线DCP器件？ 931 • 三线强切声光控开关原理图 1953