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【48812】三线电阻式温度检测器丈量体系中励磁电丢失配的影响(上)

时间: 2024-08-01 08:31:29 作者: 江南娱乐jn平台下载

  许多医疗、进程操控和工业自动化运用都需求准确温度丈量来完成其功用。电阻式)在这些准确温度丈量中一般用作传感元件,由于它们具有广泛的温度丈量规模、杰出的线性度以及杰出的长时间稳定性和可复验性。注入电流并丈量电压来核算RTD传感器的电阻。然后可根据RTD电阻和温度之间的联系来核算RTD温度。

  Pt100 RTD是一种铂质RTD传感器,可在很宽的温度规模内供给杰出的功能。铂是一种贵金属,作为常用的RTD资料具有最高的电阻率,能完成小尺度的传感器。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100,每1℃的温度改动大约会引起0.385的电阻改动。当处于可用温度规模的极限时,电阻为18.51(在-200℃时)或390.48(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)的联系。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规范中规则了CVD系数(A、B和C)。方程式(3)展现了这些系数值。R0是RTD在0℃时的电阻。

  三线RTD装备很受欢迎,由于它们在本钱和准确度之间取得了平衡。在所引荐的三线装备中,一种励磁电流(I1)可跨RTD元件发生电压电势。与此一起,另一种励磁电流(I2)被注入,以便从终究丈量值中抵消RTD引线的电阻(RLEAD),如图2和方程式(4-7)所示。

  差分RTD电压VDIFF一般由模数转化器(ADC)进行转化,并被传送到处理器以供解读。该ADC可将输入电压与参阅电压VREF作比较,由此发生数字输出。图3展现了运用离散性外部参阅电压的三线RTD丈量电路。方程式(8)则界说了根据数字代码总数、RTD电阻、励磁电流的巨细和参阅电压的终究转化成果。该示例假定ADC具有VREF的满量程规模。如图所示,因参阅电压与励磁电流的量值、噪声和温度漂移而发生的差错会直接引发转化过错。

  把RTD和ADC放置在份额型装备(图4)中,能取得一种更准确的电路装备,适用于三线RTD体系。在份额型装备里,流过RTD的励磁电流可经过低侧参阅电阻器RREF返回到接地。跨RREF构成的电压电势VREF被供给给ADC的正参阅引脚和负参阅引脚(REFP和REFN)。

  跨RTD和RREF电阻器的电压降是由相同的励磁电流发生的(方程式9和方程式10)。因而,励磁电流的改动会一起反映在RTD差分电压和参阅电压上。由于ADC输出代码表明的是输入电压和参阅电压之间的联系,故终究转化成果可换算为RTD电阻和RREF电阻的比,并非取决于参阅电压或励磁电流的值(方程式11)。所以,假如励磁电流完美匹配,不影响终究转化成果,那么因励磁电流的巨细、温度漂移和噪声而发生的差错就可以消除。此外,份额型装备还有助于减小外部噪声的影响,由于这种噪声也会消除。

  这两种励磁电流有必要互相持平,以完成抱负的传递函数(方程式11)。励磁电丢失配会改动抱负的体系传递函数,由于它能下降引线电阻抵消的有效性。

  当一种励磁电流被减小或添加的量到达失配规范规则的极限值时,会对传递函数发生最严峻的影响。这在方程式(12)(其间代表励磁电丢失配)里得到了诠释。

  经过将方程式(13)的核算成果与方程式(11)的抱负传递函数作比较,方程式(14)可核算出励磁电丢失配引起的增益差错。

  假如明确规则励磁电丢失配用%FSR表明,那么可按方程式(15)所示核算增益差错。

  可经过规范增益校准消除励磁电丢失配引起的增益差错。不过,励磁电丢失配一般会随气温改动而漂移,这就需求杂乱的校准来予以纠正。

  在本文中咱们介绍了三线RTD、引线电阻抵消以及构建份额型三线RTD体系所带来的优点。咱们指出,当份额型RTD装备从励磁电流的初始准确度中消除差错后,这两种励磁电流之间的失配仍会引起增益差错。