一种实用铂热电阻测温电路

    1 引 言

    温度是用来表征物体冷热程度的物理量, 它不可以直接测量, 但可以通过物体随温度变化其自身的某些特性( 如电阻、电压) 的变化来间接测量。通过研究发现, 金属铂的电阻值随温度变化而变化, 并且具有很好的重现性和稳定性, 利用此种温度特性制成的温度传感器称为铂热电阻温度传感器。使用最多的铂热电阻温度传感器零摄氏度标称中阻阻值为 100 Ω和 10 Ω, 电阻变化系数为 0.003851。铂电阻温度传感器, 精度高, 稳定性好, 应用温度范围广, 是中低温区最常用的一种温度传感器, 不仅广泛用于工业测温, 而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。

    对于 0℃～850℃的温度范围:

    P_t100 温度特性为非线性, R_t=R₀( 1+αt- βt²)式中 R₀表示 P_t100 在 0℃时的电阻值

    α=3.90802×10^-3℃-¹

    β=- 5.775×10^-70℃^-2

    按照铂热电阻传感器引出导线规格, 可将其分为 3 类: 二线制、三线制、四线制。

    二线制传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值, 由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高, 用于测量精度不高的场合,而且连接导线长度不宜过长。

    三线制传感器要求引出的三根导线截面积和长度均相等, 测量电路一般使用不平衡电桥, 铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻, 其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂和与其相邻的桥臂上。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差, 工业上一般采用三线制接法。

    当测量电阻阻值很小时, 测试线的电阻可能带来明显误差, 四线测量用两条附加测试线通一恒定电流, 另两条测试线测量铂电阻的电压降, 在电压表输入阻抗足够大的情况下, 电流几乎不流入电压表,因此可以测量铂电阻的压降, 通过计算得到电阻值。

    2 测量电路

    在非电量电测技术中, 电桥电路存在广泛的应用。它电路结构简单, 设计、使用方便。但由于其结构的特点, 为了便于计算, 人们往往采取求近似解的方法, 所以其输出存在较大的非线性误差, 使得电路的测量精度和范围受到很大的影响。

    普遍采用的测温电桥电路如图 1 所示, 即为普通稳压源电桥电路, V_CCA与 V_CCB之间接稳压源 V_CC,当电桥的负载电阻趋于无穷时, 则 C 与 D 之间的电压可用

略去高阶分量得到相对非线性误差 E=ΔR_t/2R, 由此可见, 随着 ΔR_t/R=0.1, E 达到 5%。由此判断该电桥电路作为传感器其测量精度不高, 同时测量范围也受到了限制。