热电阻(RTD)测温原理

发布人:乐鱼官网市场部 发布时间:2022-06-20 关键词:
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因为A/D转换器不能直接测量电阻,而欧姆定路告诉我们R=U÷I,因此我们让一恒定电流流过电阻,通过测量电流在该电阻上的压降而间接测量电阻

R=U÷I,如线图:

 

由于热电阻测温原理是温度与阻值的一一对应关系。当进行温度显示时,一定要用导线将热电阻和显示仪表连起来,这样连接导线的阻值势必要造成测量系统的附加的系统误差,而且导线越长越细,误差就越大。两线制接法无法克服这一误差,因此必须在软件里设定线路电阻,以软件补偿方式消除这一误差,但这个设定值是个常数,而实际情况是,随着线路老化、环境温度变化等因素影响,线路电阻并不是固定不变的,因此软件补偿方式仍然会有误差,三线接法可以随着线路电阻的变化实时减少或消除这一系统误差,但这也是建立在热电阻两端两条线路的线路电阻相等的前提条件下,当然在材料相同,环境温度相等的条件下热电阻两端两条线路的线路电阻基本上是相等的,因此为了进一步提高精度,彻底消除导线材料、环境温度等因素对测量精度、误差的影响,我们采用四线制测量方法,如下图所示,建议在高精度测量要求的场合下尽量采用四线制测量方式.

 

一、二线制测量、三制测量原理
 

二线制方式下:运放输入差动电压:

U=(2×RL+ Rt)×IRt=U÷I-2×RL  

因此软件测得U÷I后需再减去预先设定的常数(线路电阻2RL)即可得到热电阻阻值Rt


 

三线制测量方式下:由于两个恒流源电流相等并已知为I,那么根据叠加定理,运放输入差动电压:

U=[(2×I×RL)+ (Rt+RL)×I]-(2×I×RL+I×RL)=RL×IRL=U÷I

当采用三线制测量方式时由于采用双恒流源,为了消除线路电阻带来的误差,要求两个恒流源的电流必须相等,还要要求热电阻两端的线路电阻必须相等,实际上由于这两个两个恒流源的电流以及热电阻两端的线路电阻往往总是不相等存在着少量误差,因而线路电阻并不能完全抵消(消除),但在一定精度范围内已经能满足要求.

 

二、什么是四线制测量?有何用途?

当测量电阻数值很小时,表笔(测试线)的电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另两条测试线测量未知电阻的电压降,在电压表的内阻或者测量运放输入阻抗足够高的条件下,电流不流过电压表或运放,这就可以精确测量未知电阻上的压降U,再除以已知电流I,即可得出热电阻阻值Rt,而且理论上无论线多大以及各段线路电阻是否相等均与测量精度无关,如下图

由于通过以上电路测量可以精确得到电压U,而在电路设计阶段以上恒流源的电流I已被设定为一个恒定的已知数。故:热电阻阻值Rt=U÷I。

当测得热电阻阻值Rt后,对于铂热电阻Pt100,当R>=100欧姆时将电阻Rt代入以下一元二次方程,当R<100欧姆时将电阻Rt代入以下一元三次方程,利用一元二次方程求根公式或牛顿迭代法即可求得温度t。为了减小解方程计算量,也可以采用查表和线性插值法求得温度t。

Pt100热电阻温度与电阻的非线性关系:



 

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