控温仪表温度传感元件热电阻温度的补偿

控温仪表温度传感元件热电阻温度的补偿

作者：许斌

来源：《数字技术与应用》2014年第04期

摘要：热电阻的温度测量过程中常会因为不平衡电桥与热电阻的非线性对测量结果造成一定程度的影响，为了弥补控温仪表温度传感元件热电阻温度，笔者利用铂电阻温度传感元件，在控温仪表的控温范围内，通过调整仪表测量电路从而实现铂电阻的温度补偿。 关键词：控温仪表 温度传感 热电阻

中图分类号：TH811 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）04-0050-01

通常来说，热电阻的阻值与其温度有直接关系，呈抛物线形状，在控温仪表测量电路的条件下，温度传感元件热电阻的阻值与热电阻的温度近似呈直线，两者之间明显的差异说明了控温仪表测量对热电阻造成了误差。因此，我们需要通过运算放大器具有的高的开环放大倍数和深度负反馈的性质对热电阻温度做出补偿。 1 热电阻的工作原理 1.1 工作原理

在中低温区中热电阻是最为常用的温度检测器，它的测量精度相对其他检测器要高许多，性能也更加稳定。热电阻的种类有很多，其中铂热电阻的测量精确度是最高的，并且应用范围也很广，除了在工业测温中被使用，也常被制成标准的基准仪。

热电阻与热电偶的测温原理不同，热电阻的热效应是热电阻测量温度的主要原因，这里的热效应指的是电阻阻值与温度有很大关系，随温度的变化而变化。因此在测量温度时只要测量出温热电阻的阻值变化就可以直接测出温度。当前采用的主要热电阻包括金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 1.2 表示方法

一般的，热电阻都是通过二次方程表示，即：Rt=βt2+αt+R0 （tmin≤t≤tmax），其中式Rt和R0的单位都是欧姆Ω。α，β是热电阻的温度系数，单位分别是Ω/℃和Ω/℃2，这两个值的具体数值都可以通过热电阻的温度分度表和边界条件确定。如果t=tmax，Rt=Rtmax，那么上面的式子就可以变为Rtmax=βtmax 2+αtmax+R0。如果t=tmin Rt=Rtmin，不包括tmin=0℃，如果tmin=0℃时，就需要选择一些靠近tmin=0的温度tx。这时上面的式子又变成了

Rtmin=βtmin 2+αtmin+R0。这里需要强调的是不同的热电阻给定温度边界条件不同，相同型号的热电阻温度边界条件也不同，但是这些条件都会预先给定，相应也会有抛物线与之对应。无论tmin、tmax与相应的Rtmin、Rtmax是什么值，α都是正直，β都是负值，由此我们可以发

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现，在热电阻相应的Rt和给定型号的热电阻温度分度表相符合的前提下，如果其他部分远离tmin和tmax，那么与温度分度表的误差也会相应的增大。 2 热电阻温度误差的来源 2.1 热电阻的非线性

如果测量的温度处在0～850℃的范围内，那么铂电阻的电阻值Rt与被测温度t之间就会存在Rt=βt2+αt+R0的关系，其中R0为被测温度为0℃时热电阻的阻值。由于关系式中存在二次项，就会存在随温度升高，铂电阻的非线性更加严重，影响精确度。 2.2 引线电阻的影响

很多的热电阻的阻值都是在几十至几百欧范围内，这样的话，热电阻的引线就常会处于被测温度环境，温度的稳定性就会受到影响，波动较大，特别是随温度变化，阻值的误差就会很难修正，因此需要对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿，从而消除引线电阻的影响，一般的，我们通常采用三线制对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿，但是在补偿后仍会存在一定的导线影响。由于引线电阻还会随现场施工条件变化而变化，因此在对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行补偿时还需要严格控制施工条件。 3 弥补控温仪表温度传感元件热电阻温度的方法 3.1 测量桥路的调整

在利用热电阻测量温度时通常采用的是精密色环金属电阻，有些电阻甚至还需要将多个电阻串联才可以满足计算的阻值的要求，但是这样得到的电阻仍不是很准确。此外由于在计算供给测量桥路的直流稳压电源是在5～6V的电压条件下，但是在调整后是5V的直流电压，而实际桥路需要的电压并不一定是5V，这样在实际测量过程中如果想补偿控温仪表温度传感元件热电阻温度，就需要对测量桥路进行调整，保证仪表测量桥路中的铂电阻Rt与放大器的输出毫伏电压在-10～100℃范围内都能够符合Pt100铂电阻的温度分度表，减小误差。 3.2 改进型实用有源电桥

在利用热电阻作为温度传感器进行实际测量的过程中，我们通常会利用三线制接法的桥式测量电路，这样热电阻的非线性和引线电阻都会对测量结果造成一定的误差，为了弥补控温仪表温度传感元件热电阻温度，我们可以使用改进型实用有源电桥，这样就可以有效减少上述因素对测量结果的影响，从而提高系统的精确度，减小测量误差。 4 弥补仪表温度传感元件热电阻温度的趋向

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控温仪表测量桥路中的温度中采用的传感元件热电阻是非线性的，这样就会对仪表温度的测量精度造成一定程度的影响。就现阶段的研究情况来看，有很多方法可以解决这类问题，比如可以绘制热电阻温度采样的区间的割线近似代替热电阻Rt～t曲线，这种方法控温区间相对较小，测量精度也不高，因此这种方法并不常用。除了绘制曲线这种方法也可以在桥路中对热电阻进行非线性补偿。这样测得的精度虽然很高，但是测量的桥路相对比较复杂，在实际操作中相对比较困难。

对控温仪表配热电阻进行线性化处理是目前最为实用的测量温度方法，这种方法的测量桥路电路比较简单，在实际操作时调整起来也比较容易，并且精度也比较高。但是这种方法需要三个基础部分作为辅助，分别为激励器、试验平台和控制系统，因为在测量过程中使用了多台振动器，CPU的计算负担也相对的减轻许多，可以达到较为满意的相位控制，但是在控制振幅、频率和相位时还需要做到更加的精确。 5 结语

热电阻的温度测量过程中难免会存在因为不平衡电桥与热电阻的非线性对测量结果造成误差的问题出现，因此我们需要对控温仪表温度传感元件热电阻温度进行适当的补偿。通过对热电阻测量的方法的盖面可以有效提高测量系统的精确度，从而弥补误差，满足工程应用的需要。 参考文献

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