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排气温度传感器接线方式对测量结果的影响


    【摘 要】排气温度传感器不同的接线方式对测量结果产生的影响也不尽相同,如何科学合理的选取一种既能保证测量结果的准确性,又能为用户节省材料成本的最为合适的接线方式,对测温系统设计者及用户来说都极为重要。 

  【关键词】排气温度传感器Pt100;原理;接线方式;影响 
  随着现代电子技术的发展,对温度测控技术的测控精度、传感器稳定性等提出了更高的要求;排气温度传感器Pt100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检测传感器;其测温原理决定了不同的接线方式将会对测量结果产生不同的影响,针对不同的测量需求,接线方式的选取就显得尤为重要。 
  1 排气温度传感器测温原理 
  排气温度传感器Pt100是利用其电阻值随温度变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器,温度变送器通过给排气温度传感器Pt100施加一已知激励电流I测量其两端电压U的方法得到电阻值,再将电阻值转换成对应的温度值显示出来。Pt100铂电阻的阻值 与温度t之间线性度非常好,在-200℃~650℃范围内线性度近似于一条直线,其关系式如下: 
  -200℃<t<0℃时, (式1)=""
  0℃≤t<650℃时, (式2) 
  式1与式2中, 为排气温度传感器Pt100在t℃时的电阻值, 为排气温度传感器Pt100在0℃时的电阻值。 
  依据IEC751-1983国际标准,统一设计型排气温度传感器Pt100的温度系数TCR= =0.003851, 为排气温度传感器Pt100在0℃时的标准电阻值( =100Ω), 为Pt100铂电阻在100℃时的标准电阻值( =138.51Ω);TCR=0.003851时A=3.9083× ℃-1、B=-5.775× ℃-2、C=-4.183× ℃-4;将A、B、C系数值带入式1与式2求点可知:Pt100铂电阻随温度t的电阻变化率近似一条斜率为0.3851的直线,故t℃时Pt100铂电阻的电阻值可简化为 =0.3851t+100=U/I。 
  2 排气温度传感器Pt100接线方式对测量结果的影响 
  排气温度传感器Pt100和温度变送器要实现对接必然需要引出线,特别是工业用Pt100铂电阻安装在生产现场,与温度变送器之间存在一定的距离,因此Pt100铂电阻的引线电阻对测量结果必然会产生较大的影响,且不同的接线方式对测量结果势必产生不尽相同的影响。 
  2.1 两线制 
  在排气温度传感器Pt100两端各连接一根引线L1、L2来引出电阻信号的方式叫二线制,这种引线方式很简单,但由于连接引线必然存在引线电阻,测量结果无可避免的要受引线电阻影响。如图1所示,通过引线L1、L2给传感器施加激励电流I,测得电势V1、V2,由 可求得 。 
  由于连接引线的电阻 、 无法测得而被计入到电阻阻值中,使测量结果产生附加误差;假设t=100℃,这时若引线的电阻值为3Ω,则引起的测量误差将达到7.79℃,可见两线制接线由引线电阻引起的测量误差是不可忽视的。 
  2.2 三线制 
  排气温度传感器Pt100根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是实际应用中最常见的接线方式。如图2所示,增加的一根引线用以补偿引线电阻引起的测量误差,三线制要求三根引线电阻值相同,即 ,导线L3需接入高输入阻抗电路,即 ,通过导线L1、L2给电阻施加激励电流I,测得电势V1、V2、V3,由 可求得 。 
  因此,三线制接法可以补偿因引线电阻引起的测量误差,且三线制接线常与电桥配套使,将排气温度传感器Pt100作为电桥的一个桥臂电阻,将引线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到排气温度传感器Pt100所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,当桥路平衡时,引线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了引线电阻带来的测量误差,但是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除引线电阻的影响。采用现代工艺制作的三线制排气温度传感器Pt100补偿电缆三根引线的电阻值已能做到几乎完全相同,故采用三线制接线能大大减小引线电阻带来的附加误差。 
  2.3 四线制 
  在排气温度传感器Pt100的根部两端各连接两根引线的方式称为四线制,其中两根引线为铂电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号V,再通过另两根引线把V引至二次仪表,可见这种引线方式可以完全消除引线电阻的影响。如图3所示,通过引线L1、L2给电阻施加激励电流I,测得电势V3、V4。引线L3、L4接入高输入阻抗电路,即 ,因此V4-V3等于电阻两端电压,因此可求得 。 
  在电压表输入阻抗足够高的条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上的压降,通过计算得出电阻值,故四线制测量方式可以完全不受连接引线电阻的影响,是排气温度传感器Pt100测温最理想的接线方式,主要用于高精度的温度检测。 
  3 结束语 
  随着现代科学技术的发展,排气温度传感器Pt100在工业生产中得到了广泛的应用。从测温系统设计者角度来看,这就要求我们需要依据用户需求,科学合理的为用户选取一种既能保证测温结果准确性,又能为用户节省成本的最符合应用现场要求的接线方式,但总体应遵循以下基本原则: 
  (1)两线制由于受引线电阻影响极大,尽量避免采用或少采用(在对温度测量精度要求极低,且引线极短或没有引线的单一测点中可采用); 
  (2)三线制是现代工业生产中较为广泛应用的一种接线方式,由于补偿引线的引入,大大降低了引线电阻的影响,对于一般工业生产中用于对温度监视的系统可采用此种接线方式;特别是测点数量庞大的计算机监视系统(其工作原理十分简单,只需要将温度信号通过信号线传输到温度采集模块,采集模块会自动识别温度信号,再由通讯模块将采集到的信号传输给计算机系统),采用三相制接线将极大的提高计算机监控系统的测量精度及可靠性; 
  (3)在输入阻抗足够高的条件下,四线制测量方式可以完全不受连接引线电阻的影响;但对于测点数量庞大,相对而言对精度要求又不是特别高的工业温度监视系统而言,一只传感器增加一根引线,由于基数庞大,且引线相对较长,势必增加系统建设成本,因此四线制并不可取;对于温度测量精度要求较高的测量控制系统、或者实验室计量基准采用四线制接线就极为必要; 
  (4)排气温度传感器Pt100的使用虽然简单, 但切不可想当然的在终端把两线并三线(或并四线)接入测量仪表, 一定要从排气温度传感器Pt100的传感器引出三线(或四线), 并且三线(或四线)都接入终端仪表,否则必然存在温度虚高。 

 


 

来源:      时间:2015/10/7 12:02:11
 
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