三线制热电阻测温测温

1、三线制热电阻测温系统实验装置改进Wangyuan摘 要：在进行测定 PT100 铂电阻的过程中，发现在实验操作、仪器均无误的情况下，其 测得的数值均呈一定规律地偏离了标准数值大小。原来是是在实验过程中存在多 方面的系统误差，我们希望通过减小系统误差从而使实验测得的数据与标准值数 值大小相符合。关键词：PT100 铂电阻 系统误差 三线制 自热误差 传热和辐射误差pt 100铂热电阻设计原理PT100是铂热电阻，简称为：PT100铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而 改变。PT后的100即表示它在0C时阻值为100欧姆，在100C时它的阻值约为 138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度

2、的时候他的阻值为100欧姆, 它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增长。如下图：pt100铂电阻温度特性及测温原理的实验过程分析在研究PT100铂电阻的温度特性以及其测温原理的过程中（本过程是通过先 升温后降温进行测试的），通过多次测定PT100铂电阻大小着温度的变化而变化 的数值，并通过取平均值的方法，得到一系列数据，再通过查阅铂电阻PT100分 度表，并将表格内的数据与先前实验所测得的数据进行比对，不难发现，上述通 过多次测量并取平均值的数据分别与铂电阻PT100分度表所显示的数据有微小 的出入。通过建立数据对比图，通过以上两幅折线图可得知，在PT100电阻阻值 测定的过程中，当温度在

3、60C之前，所测定的数值比标准值要高；当温度在在 60C之后，其测定的数值比标准值低，而两条曲线的增长趋势亦有所不同，标准 值的回归直线斜率显然要比测定值的回归直线斜率要略高。如下图：对系统误差分析对于一般的热电阻测温系统，其来自装置的误差有以下：1）显示仪表的误差 1。2）非线性误差 1s =-omx100%m x100%l u 01 +mom3）热电阻分度误差 3铂热电阻与分度表偏离的误差。4）自热误差 4由于测量过程中电流流经热电阻时产生温升而引起的 附加误差。5）线路电阻变化带来的误差（引线电阻） 5采用三线制。6）其他误差 6指除上述误差以外的，由屏蔽绝缘不良、插入深度不 够、热电阻

4、劣化等所引起的误差。具体误差的分析及简单解决方案自热误差利用铂电阻测温时，必须对感温元件的电阻通入工作电流进行限制因为有焦 耳热的出现，会引起温度示值升高，产生测温误差自热效应可分为内自热效应和 外自热效应。 内自热效应：内自热效应与焦耳热成正比，与温度计和介质的热阻成反比， 也与介质的热交换状态有关。通常内自热效应还与电阻温度计感温元件和保 护管外壁之间的温差有关。在给定的环境温度下，它与温度汁结构和工作电 流等因素相关。 外自热效应：外自热效应是感温元件产生的焦耳热经过保护管外壁后与被测 介质温度差引起的。如果被测介质具有良好的传热特性，便能减小外自热效应。改进方法：具体而言，标准铂电阻温

5、度计在检定时通过的电流不超过1mA,这 时自热效应的影响不超过0.1 C。传热和辐射误差当热电阻插入管道中时，传感器温度为Tc,管道中的热量为Q,温度为Tg。假设管道中温度高于环境温度，则传感器以两种形式向周围散发热量，以辐射形式散发，只要传感器能够以直射方向到达管壁,它都能把热量Q辐散发;沿传感器想管壁传导出去热量Q导，对传感器来说它一面接收Q,而另一面散发(Q辐+Q导)。如果Q辐+0导=Q，则达到热平衡。但是两者之间不断散发，不断补充，智能 达到动平衡状态，即Tc总小于Tg。而Tg-Tc称为传热误差。稳定性铂电阻温度计的稳定性是与化学、物理等因素有关。其中化学因素是铂丝被污染 后引起的。E

6、.g.1 温度计在装配前工艺过程不完善,铂丝和绝缘管、保护管内避的杂质未彻 底清除,使铂丝受到污染。E.g.2在高温下，杂质氧化后从固溶体中排出,会引起温度系数与热电特性发生变 化。物理因素是感温元件受机械振动后,几何尺寸发生微变.或经过高低温循环时,铂 丝与支撑件间热膨胀的差异使铂丝产生了应力,从而引起电阻特性发生变化。铂电阻温度计的稳定性是以规定的温度和时间内,电阻值变化程度转换成温度量 表示。具体的一些解决方案通过改善Pt 100接线方式对误差进行补偿 铂热电阻的使用，一般有三种接法，分别是二线制接法、三线制接法和四线 制接法, 如图所示，不同的接法适应于不同的精度要不求。1. 二线制接

7、法：如上图(a)所示，这种接法不考虑Pt 100电缆的导线电阻， 将 A/D 采样端 与电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测 温电缆的电阻，因此只能适用于 测温距离较近的场合。2三线制接法：如上图(b)所示,这种接法增加了用于A/D采样的补偿线，三 线制接法消 除了连接导线电阻引起的测量误差，这种接法适用于中等测温距 离的场合。3四线制接法：如上图(c)所示，这种接法不仅增加了 A/D采样补偿线，还 加了一条A/D对地的补偿线，这样可以近一步的减小测量误差，可以用于测 温距离较远的场合。 如果只从精度上考虑，采用四线制接法效果最好。通过对采样信号进行滤波减小随机误差 由于外界干扰

8、或某些不可预知的因素，模拟量在受到干扰后，经 A/D 转换 后的结果偏离了真实值，可能会出现一些随机的误差，如果只采样一次，无法确 定结果是否可信。必须通过多次采样得到一个 A/D 转换的数据序列，通过软件 算法处理后才能得到一个可信度较高的结果。这种方法就是数字滤波。滤波器是 一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或大为衰减)无用频率信号的电子装置， 可分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器是主要采用R、L、C等无源器件组 成的滤波电路或由运放和 R、 C 组成的有源滤波器。参考文献：Pradhan S.senS.An improved lead compensationtechnique forthree-wireresistancetemperature detectors.IEEETrans.on Instrumentation andMea-surement,2006,48(5)D.H.S