XTR106在铂热电阻不平衡电桥测温中的应用

　　1　概　述

　　目前,热电阻和热电偶是工业生产过程中最常用的两种温度传感器。铂热电阻具有测量范围大、精度高、稳定性好、复现性高和耐氧化等特点,因此,在中低温区得到了更广泛的应用,还常被用来作为-100℃~630℃范围的国际标准温度计。但是,铂热电阻的阻值和温度之间存在非线性关系。在铂热电阻传感器应用中,经常利用不平衡电桥电路把传感器的电阻变化转变为电压,但是存在的问题是桥臂电阻和电桥输出电压之间的非线性。这样,铂热电阻的非线性和不平衡电桥固有非线性给温度测量带来很大的非线性误差。特别是测温范围较宽时,其非线性更明显。所以,当精度要求高或测温范围宽时,就必须解决线性问题。近年来,关于铂热电阻不平衡电桥测温法中的非线性校正已提出了多种方法,并得到了不同程度的应用。美国BB正是适应这种要求,在传感器领域推出的主要用于桥路传感器的4~20mA两线制集成单片变送器XTR106,它的突出优点是可以对桥路传感器的非线性进行二次项线性化补偿。

　　2　铂热电阻的非线性

　　铂热电阻具有测量精度高、测温范围宽、稳定性好等优点,但铂热电阻是一种非线性测温元件。根据国际电工委员会提供的数据,铂热电阻的电阻-温度关系式为:

　　-200℃~0℃时,

　　其中,A=3.90802×10^-3;B=-5.802×10^-7;C=-4.27350×10^-12。显然,随着测量范围的增大,非线性越来越严重。当温度测量范围为-200℃~850℃时,铂热电阻的最大非线性达到4.6%。当然,减小温度测量范围,将使非线性减小。但是,当精度要求高或测温范围宽时,就必须解决非线性问题。

　　3　不平衡电桥的非线性

　　常用的不平衡电桥测温电路如图3—1所示,图中Rt为铂热电阻。由图3—1可知,

　　令R1=R2,Rt=R0+RΔt,可得

　　当R0+R1比RΔt大得多时,即传感器电阻的相对变化量RΔt/(R0+R1)很小时,式(3—2)可以作线性化处理:

　　这时,输出电压U0与传感器电阻的变化量RΔt/(R0+R1)近似成线性关系,此时对测量精度的影响较小。但随着传感器电阻的相对变化量RΔt/(R0+R1)的增大,非线性误差越来越大,因而极大地影响了电桥的测量准确度。另外,由式(3—2)可知,电桥输出电压U0与电桥供电电源的电压成正比关系,因此,供电电源电压的波动也将直接影响测量精度。铂热电阻的非线性和不平衡电桥的非线性都给最后的温度测量带来一定的非线性误差。所以,当精度要求高或测温范围宽时,就必须解决这个线性化问题。