三線制熱電阻測溫測溫

1、三線制熱電阻測溫系統(tǒng)實驗裝置改進(jìn)Wangyuan摘 要：在進(jìn)行測定 PT100 鉑電阻的過程中，發(fā)現(xiàn)在實驗操作、儀器均無誤的情況下，其 測得的數(shù)值均呈一定規(guī)律地偏離了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值大小。原來是是在實驗過程中存在多 方面的系統(tǒng)誤差，我們希望通過減小系統(tǒng)誤差從而使實驗測得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值數(shù) 值大小相符合。關(guān)鍵詞：PT100 鉑電阻 系統(tǒng)誤差 三線制 自熱誤差 傳熱和輻射誤差pt 100鉑熱電阻設(shè)計原理PT100是鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉑電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而 改變。PT后的100即表示它在0C時阻值為100歐姆，在100C時它的阻值約為 138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度

2、的時候他的阻值為100歐姆, 它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增長。如下圖：pt100鉑電阻溫度特性及測溫原理的實驗過程分析在研究PT100鉑電阻的溫度特性以及其測溫原理的過程中（本過程是通過先 升溫后降溫進(jìn)行測試的），通過多次測定PT100鉑電阻大小著溫度的變化而變化 的數(shù)值，并通過取平均值的方法，得到一系列數(shù)據(jù)，再通過查閱鉑電阻PT100分 度表，并將表格內(nèi)的數(shù)據(jù)與先前實驗所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，不難發(fā)現(xiàn)，上述通 過多次測量并取平均值的數(shù)據(jù)分別與鉑電阻PT100分度表所顯示的數(shù)據(jù)有微小 的出入。通過建立數(shù)據(jù)對比圖，通過以上兩幅折線圖可得知，在PT100電阻阻值 測定的過程中，當(dāng)溫度在

3、60C之前，所測定的數(shù)值比標(biāo)準(zhǔn)值要高；當(dāng)溫度在在 60C之后，其測定的數(shù)值比標(biāo)準(zhǔn)值低，而兩條曲線的增長趨勢亦有所不同，標(biāo)準(zhǔn) 值的回歸直線斜率顯然要比測定值的回歸直線斜率要略高。如下圖：對系統(tǒng)誤差分析對于一般的熱電阻測溫系統(tǒng)，其來自裝置的誤差有以下：1）顯示儀表的誤差 1。2）非線性誤差 1s =-omx100%m x100%l u 01 +mom3）熱電阻分度誤差 3鉑熱電阻與分度表偏離的誤差。4）自熱誤差 4由于測量過程中電流流經(jīng)熱電阻時產(chǎn)生溫升而引起的 附加誤差。5）線路電阻變化帶來的誤差（引線電阻） 5采用三線制。6）其他誤差 6指除上述誤差以外的，由屏蔽絕緣不良、插入深度不 夠、熱電阻

4、劣化等所引起的誤差。具體誤差的分析及簡單解決方案自熱誤差利用鉑電阻測溫時，必須對感溫元件的電阻通入工作電流進(jìn)行限制因為有焦 耳熱的出現(xiàn)，會引起溫度示值升高，產(chǎn)生測溫誤差自熱效應(yīng)可分為內(nèi)自熱效應(yīng)和 外自熱效應(yīng)。 內(nèi)自熱效應(yīng)：內(nèi)自熱效應(yīng)與焦耳熱成正比，與溫度計和介質(zhì)的熱阻成反比， 也與介質(zhì)的熱交換狀態(tài)有關(guān)。通常內(nèi)自熱效應(yīng)還與電阻溫度計感溫元件和保 護(hù)管外壁之間的溫差有關(guān)。在給定的環(huán)境溫度下，它與溫度汁結(jié)構(gòu)和工作電 流等因素相關(guān)。 外自熱效應(yīng)：外自熱效應(yīng)是感溫元件產(chǎn)生的焦耳熱經(jīng)過保護(hù)管外壁后與被測 介質(zhì)溫度差引起的。如果被測介質(zhì)具有良好的傳熱特性，便能減小外自熱效應(yīng)。改進(jìn)方法：具體而言，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫

5、度計在檢定時通過的電流不超過1mA,這 時自熱效應(yīng)的影響不超過0.1 C。傳熱和輻射誤差當(dāng)熱電阻插入管道中時，傳感器溫度為Tc,管道中的熱量為Q,溫度為Tg。假設(shè)管道中溫度高于環(huán)境溫度，則傳感器以兩種形式向周圍散發(fā)熱量，以輻射形式散發(fā)，只要傳感器能夠以直射方向到達(dá)管壁,它都能把熱量Q輻散發(fā);沿傳感器想管壁傳導(dǎo)出去熱量Q導(dǎo)，對傳感器來說它一面接收Q,而另一面散發(fā)(Q輻+Q導(dǎo))。如果Q輻+0導(dǎo)=Q，則達(dá)到熱平衡。但是兩者之間不斷散發(fā)，不斷補(bǔ)充，智能 達(dá)到動平衡狀態(tài)，即Tc總小于Tg。而Tg-Tc稱為傳熱誤差。穩(wěn)定性鉑電阻溫度計的穩(wěn)定性是與化學(xué)、物理等因素有關(guān)。其中化學(xué)因素是鉑絲被污染 后引起的。E

6、.g.1 溫度計在裝配前工藝過程不完善,鉑絲和絕緣管、保護(hù)管內(nèi)避的雜質(zhì)未徹 底清除,使鉑絲受到污染。E.g.2在高溫下，雜質(zhì)氧化后從固溶體中排出,會引起溫度系數(shù)與熱電特性發(fā)生變 化。物理因素是感溫元件受機(jī)械振動后,幾何尺寸發(fā)生微變.或經(jīng)過高低溫循環(huán)時,鉑 絲與支撐件間熱膨脹的差異使鉑絲產(chǎn)生了應(yīng)力,從而引起電阻特性發(fā)生變化。鉑電阻溫度計的穩(wěn)定性是以規(guī)定的溫度和時間內(nèi),電阻值變化程度轉(zhuǎn)換成溫度量 表示。具體的一些解決方案通過改善Pt 100接線方式對誤差進(jìn)行補(bǔ)償 鉑熱電阻的使用，一般有三種接法，分別是二線制接法、三線制接法和四線 制接法, 如圖所示，不同的接法適應(yīng)于不同的精度要不求。1. 二線制接

7、法：如上圖(a)所示，這種接法不考慮Pt 100電纜的導(dǎo)線電阻， 將 A/D 采樣端 與電流源的正極輸出端接在一起，這種接法由于沒有考慮測 溫電纜的電阻，因此只能適用于 測溫距離較近的場合。2三線制接法：如上圖(b)所示,這種接法增加了用于A/D采樣的補(bǔ)償線，三 線制接法消 除了連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差，這種接法適用于中等測溫距 離的場合。3四線制接法：如上圖(c)所示，這種接法不僅增加了 A/D采樣補(bǔ)償線，還 加了一條A/D對地的補(bǔ)償線，這樣可以近一步的減小測量誤差，可以用于測 溫距離較遠(yuǎn)的場合。 如果只從精度上考慮，采用四線制接法效果最好。通過對采樣信號進(jìn)行濾波減小隨機(jī)誤差 由于外界干擾

8、或某些不可預(yù)知的因素，模擬量在受到干擾后，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 后的結(jié)果偏離了真實值，可能會出現(xiàn)一些隨機(jī)的誤差，如果只采樣一次，無法確 定結(jié)果是否可信。必須通過多次采樣得到一個 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，通過軟件 算法處理后才能得到一個可信度較高的結(jié)果。這種方法就是數(shù)字濾波。濾波器是 一種能使有用頻率信號通過而同時抑制(或大為衰減)無用頻率信號的電子裝置， 可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。模擬濾波器是主要采用R、L、C等無源器件組 成的濾波電路或由運(yùn)放和 R、 C 組成的有源濾波器。參考文獻(xiàn)：Pradhan S.senS.An improved lead compensationtechnique forthree-wireresistancetemperature detectors.IEEETrans.on Instrumentation andMea-surement,2006,48(5)D.H.S