常用鉑熱電阻PT100是一種具有正溫度系數(shù)的感溫傳感器,,即隨溫度升高,,傳感器自身阻值呈正相關(guān)的變化,,如圖1.1,,被測對象的溫度每上升1℃,,PT100的阻值隨之增加0.385,,在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi),,鉑熱電阻PT100良好的線性度,為開發(fā)者開發(fā)提供了高精度測量的保障,,這是PT100應(yīng)用廣泛的原因之一,。
PT100可作為高精度測溫傳感器,,功能優(yōu)異,但是在工業(yè)環(huán)境復(fù)雜的情況下,,傳感器冗長的導(dǎo)線會帶來線阻抗,,這對于0.385,若想保證0.1度的精度,,即需要保證線阻抗引來的誤差必須小于38.5,,而為了不引入傳感器PT100自身熱效應(yīng)帶來的誤差,PT100的恒流源電流一般設(shè)置在0.1mA~1mA,,若恒流源設(shè)置在1mA,,由式1.1計算可得,誤差電壓須小于38.5uV,,這是排除噪聲影響下的估算,。
因此,想要得到高精度測溫效果,,必須消除傳感器線阻抗帶來的誤差影響,,行業(yè)內(nèi)一般接線有三種方式,如表1.1,。
表1.1 PT100通用接法
由表1.1可以看出,,兩線制接法線阻抗誤差最大,且無法排除,;四線制接法也稱開爾文氏接法,,最為精準(zhǔn)且簡單,但是需要接口資源比較多,;三線制接法可以通過計算排除線誤差,,節(jié)約接口資源,但是需要三根線等阻抗,,這也是比較容易實現(xiàn)的,。
針對復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境,客戶對于高精度測溫產(chǎn)品的需求,,我司推出一款雙通道高精度熱電阻PT100隔離測溫模塊TPS02R,,可以實現(xiàn)在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi)測量精度為0.02%0.1℃,10ppm低溫漂指標(biāo),。
如圖1.2,,三線制接法采集電壓信號,由后端PGA提供增益放大,,經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換,,輸出數(shù)字信號給MCU處理,由于A,B,C三線均存在線阻抗,,,,。這里可以通過安裝標(biāo)準(zhǔn)三線制PT100,,可保證
恒流源流經(jīng)共模電阻R,為ADC提供一定的共模電壓,,ADC差分輸入通道分別測量AB,AC兩端電壓,。已知
結(jié)合式1.2,,經(jīng)過計算處理
通過式1.4,可以得到完全消除線阻抗誤差的PT100測量值,,實現(xiàn)高精度溫度測量,。三線制接法可以在實現(xiàn)與四線制相同測量精度的同時,節(jié)省出一個接線端子,,這對于對用戶開發(fā)小型化產(chǎn)品優(yōu)勢很大,,三線制接法只要保證A,B,,C等阻抗,,即可保證線阻抗的引入誤差基本可忽略不計。
我司TPS02R在三線制接法的基礎(chǔ)上,,對恒流源做優(yōu)化處理,,利用運放負(fù)反饋原理,提高恒流源穩(wěn)定性,,并為ADC輸入提供一定共模電壓,,為ADC差分測量提供保證,并賦予監(jiān)測報警功能,。具體測量數(shù)據(jù)如表1.2