温度传感器三线制接法测量误差

发布时间:2020-10-14     浏览次数:
摘要:文章主要对温度传感器三线制接法的测量误差进行了简单的.分析论述。温度传感器作为重要的仪器设备,有着重要的作用与价值。
       热电阻测温传感器是一种利用导体或者半导体电阻值随温度变化而实现测温的传感器温度计,其主要材料要具有良好的电阻温度系.数以及电阻率,具有较为稳定的物理化学性能,较为常见的主要为铂热电阻和铜热电阻。温度传感器种类繁多,其相对较为稳定,测量结果更为精准。通过三线制接法进行测量监测中受到各种不确定因素的影响会导致其出现不同程度的误差问题,这些误差会直接的降低精准性。科学分析各种误差问题,可以有效的控制误差,提升测量精准度。
1热电阻测温传感器与三线制接线
1.1电阻测温传感器.
       热电阻的电阻值会随着温度变化而产生变化,属于一种温度的检测元件,主要就是通过特定的金属或者半导体材料的导电率随温度变化而变化的原理制成。其阻值与温度的变化为正比关系,随着温度的上升而呈现匀速增长的趋势。通过热电阻测温就是--个测量置于测量点上的热电阻阻值的过程。
1.2三线制接线
       电阻作为基本的单参数,阻值R可以根.据伏安特性定义,则R=U/I,U表示的为电阻两端中产生的电压,I表示的则就是流过电阻的电流,或者根据功率P定义,也就是R=P/(I^2)。
       因此测量热电阻要在热电阻两端与导线连接,导线的阻值以及阻值随温度变化的特性引入一些干扰性的因素,这些因素会直接的降低测量结果的精准性。为了消除干扰影响,降低测量误差,就要分析引线的状况。在进行热电阻测量的同时要在引线两端进行监测分析。在两根引线参数相同的状况之下,要分析其中一根的状况,常规状况之下要至少添加一根导线,通过测量引线中一根现场端,将其连接到仪表端中,就是三线制连接。
       温度参数是一种在工业生产中常用的生产过程,温度传感器性能稳定在温度测量中应用广泛。而随着工业的精细化、科技化发展,现阶段在工业生产中对于温度高精度检测要求越来越严格。在一-些工业生产缓解中要求温度测量精度高在0.1%以上,一些要求绝对误差要小于0.1℃。对此要合理的分析温度传感器测量误差,实现高精度的测量分析。三线制接法在测量中具有精度高、量程宽以及成本低、功耗低的特征,效果显著。
       温度传感器有着不同的类型。而因为传感器的稳定性决定了其测量结果相对较为精准,在各个领域中广泛应用。通过测量分析温度传感器的误差问题,可以充分的保障传感器的稳定运行。而在检测中受到各种因素的影响导致其出现了不同程度的误差问题,这些误差问题会直接的降低传感器的精准性。对此,温度温度传感器的三线制接法,可以有效的降低测量误差问题。
2温度传感器测量误差来源与评定
       分析温度传感器三线制接法的测量误差来源,通过不确定度分析以及评定等方式了解其主要规律,了解测定原理,可以为消除误差提供精准参考。
2.1误差来源
       三线制接法测量过程中会出现不同程度的系统误差问题。这些误差无法避免,而误差过大势必会降低测量的精准性。三线制接法测量中不同环节都会造成--些误差隐患问题。出现误差主要就是受到检测中温度场均匀性、重复检测温度传感器以及设备应用中产生的误差问题。
2.2误差不确定度分析与评定
      在三线制接法出现测量误差的时候,要分析真值以及测量值之间的差值,通过估算的方式在某个量值范围中的真值,表达测量结果误差的过程中为了提升客观性,会通过不确定度的方式分析评定测量结果。
       而不确定度则主要通过表征的方式赋予被测量--定分散性,其属于是在某个量值范围中通过客观评定而获得的被测量值。通过不确定度的表征方式进行分析其属于标准偏差,也称之为标准不确定度。
2.3检测系统总不确定度评定
       在表示测量结果中,为了提升精准性,就要限定测量区间。满足测量区间大部分的被测量值的不同要求,确定误差来源,通过系统.监测降低误差达到提升精准性的目的。
3温度传感器三线制接法的测量误差解析
3.1温度传感器三线制接法的测量原理
       在测量中,热电阻主要根据电阻热效阻值随着温度变化而出现不同程度的变化。综合其阻值测量温度,是较为重要的工作。在测量中因为传感器以及现场仪表之间存在较长的连线,接线导线电阻则会导致测量误差问题,因此在实践中主要通过三线制消除导线误差因素。

       通过三线制的方式进行热电阻信号检测,剔除导线影响。在电路末通过恒压法进行处理,利用电阻分压的方式进行采样。电路更为简单,通过精密运算放大器以及转换器可以实现输入检测分析。在检测中通过采样以及软件处理则可以有效剔除导线产生的影响,提升热电阻阻值的精准性。
       转换器带有缓冲的两路差分输入以及具.有可以编程的前置性放大器,其具有自动校准的功能,在大的信号动态范围中可以充分适应,有效的保障了传感器全量程的精准度。其在运行中功耗相对较小,可以在高精度的电路检测中应用。
3.2接触热电势影响以及放大器输入漏电流误差因素补偿方式
       在测量信号中也涵盖了接触热电势影响以及放大器输入漏电流等相关因素产生的影响。基于传感器直接以及仪表连接过程中的现场温度仪表为主要背景,其同时涵盖了热电阻与两条导线恒压环节中分压。其两条导线、电阻中均存在着两个不同的金属接点,其引线多数为银线,两个接点属于铂一银接点;其两条导线引出之后会与接线端子连接。不同成对的接点位置温度不同则就会产生额外的热电势。
3.3电路基准参数误差修正数字校准
       在实践中温度测量中的电路基准参数以及误差修正的标称值具有一定的初始误差,对其进行校准可以有效的提升测量温度的精准性。通过利用两个不同电阻值的方式进行电阻模拟,分两次测量并且求解数值,模拟电阻应用高精度电阻箱给出。
       将获得的数值存入到控制系统中,通过非易失存储器将其作为正视测量中的已知参数,则可以实现数字校准测量,通过计算可以确定实际测量温度值。
3.4测温方案
3.4.1方案1
       常用的消除引线中电阻影响的主要电路图如图1所示。其中在虚线框中表示的就是三线制电阻温度传感器的结构信息,此种方式要求高精度,同时恒流源I精度也会给电路测量精度产生影响。
3.4.2方案2
       通过相似的恒流源电阻1电压转换三线制铂电阻进行测量,其恒流源I利用引线3、引线1进行接地,将其作为铂电阻传感器的主要.激励电源。
3.5测量过程
       在热电阻检测中要综合其自身的热误差问题,通过限制自身驱动电流的方式进行计算分析。通过模拟热电阻,利用三线制接线方式进行测量。
       首先进行分辨率测试。通过最小分辨率0.001Ω精密电阻箱进行热电阻模拟,将其基准电阻设置为100Ω,通过对最小步进档进行分辨率的检测模拟。然后进行精度测试,热电阻使用精准度为0.005%高精度的电阻箱进行模拟分析,为了避免因为分度标准不同而导致的结果温差差异问题,在测试中仅仅对电阻值进行检测分析,通过软件进行简单的滑动平均滤波处理,通过对误差进行简单分析(如表1)。其检测到最大的绝对误差为0.006Ω,其最小绝对误差数值则为0.001Ω。通过测试结果分析,在测试中最大绝对误差为0.016Ω,温度结果精度相对较高。

3.6仿真测量结果
       通过Multisim软件进行模拟仿真,分析不同传感器的电阻、不同引线电阻之下输出电阻。
       通过计算分析方差平均值进分析可以得知,方案一方差平均值为14.795;方案二的方差平均值为34.36,方案--可以有效的控制引线电阻产生的影响。
4结束语
       温度传感器具有高精度的特征,其测温.范围相对较宽,使用便捷,在工业过程控制以及测量系统中应用相对较为广泛。在实践中受到传感器测量重复性以及温度场等多种因素的共同影响会导致其出现测量误差问题,这些误.差问题的存在直接的降低了监测的精准性。分析误差来源,通过仿真软件进行误差分析,通过科学的方式合理控制误差因素,可以有效的提升检测精准性,达到提升检测精准性的目的。
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