设计一个无校准RTD温度测量系统，第一部分PT100探头特性分析
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电阻温度检测器(RTD)温度测量系统是否有一致的误差?高精度的RTD温度测量系统可以设计而不需要校准吗?本文介绍了一种高精度RTD温度测量系统,该系统采用误差补偿的方法,在不需要校准的情况下,在-25℃到+140℃的范围内,实现了等于。
导言
温度测量系统误差一致性是误差补偿的前提.本文将介绍RTD温度测量系统的理论误差计算方法,并试图尽可能减少误差源。然后,选择在-25℃至+140℃范围内的不同温度值来测量RTD温度测量系统的误差。基于不同测量通道温度测量误差曲线的一致性,找到了温度测量误差曲线的拟合函数表达式,用于补偿温度测量系统的误差。验证了该方法在提高温度测量系统精度方面的有效性.整个范围的误差从-0.8℃大幅降低到+0.2℃至-0。15℃至+0.15%℃。最后,给出了温度测量系统的测量噪声和误差.
RTD选择
温度传感器是温度测量系统的重要组成部分,因为它们将温度信号转换为电信号,以便能够测量温度。常见的温度传感器类型包括热电偶,rds,热敏电阻和IC温度传感器。
其中,RTD具有线性度好、测量范围宽、精度高、稳定性好等优点,在温度测量中得到了广泛的应用。
rtd的制造商包括TE连接、贺利埃夫斯、霍尼韦尔等。大多数RTD制造商生产的RTD符合IEC 60751标准，该标准将铂RTD分为四种精度等级： AA、A、B和c。在选择RTD时，应全面考虑温度测量范围、公差和成本等因素。TE连接公司的PTF系列包括一系列由铂电阻制成的铂电阻，使用最新的薄膜技术。表1显示了这些rtd的测量范围、公差和成本。
Table 1. 不同等级的PTF系列RTDs的比较
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,随着等级的改变,RDS的公差逐步增加,等级越高,公差越小。经过综合分析,发现B类RTD温度测量范围较广,其公差小,足以满足大多数工业应用的需要。此外,B类无线电广播的成本相对较低。因此,选择具有PTFD101B1A0模型的B类RTD作为本文中使用的温度传感器。
PT100的电阻温度特性曲线
德国标准DINES60751规定了PT100电阻和温度之间的关系,如图1所示。PT100RTD的电阻为0℃时的100电子分,在一定温度范围内的温度系数为0.385电子分。
Fig 1. Pt100 特性曲线图。
PTF系列的电阻-温度转换关系也遵循DIN EN 60751标准。卡伦达-范杜森公式准确地描述了Pt100的电阻值与温度之间的传递函数。
Figure 2. ADC 构造
当温度为T≥0C时，传递函数如式1所示。
当温度为T < 0 C时，传递函数如式2所示。
此处：
T是RTD温度(C)
R (T)为温度T下的RTD电阻
R0为0°C时的RTD电阻
为了根据RTD的电阻值计算温度,需要推导传递函数的逆函数。在本文中,将使用下列公式进行计算:
当R~100时,方程是
当R<100DB2时,将使用五阶多项式拟合进行计算:
这里
T ( R) 是温度。
R 是在 T °C和其他变量是以前定义的。
参考电路和ADC配置
为了实现高精度的温度测量,不仅需要选择误差小的传感器,而且还需要设计精确的信号调节电路。在这篇文章中,我们选择了 AD7124-8 ,适用于高精度温度测量应用,并对其进行适当配置,以尽可能消除信号链中的误差源。
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