高溫溫度記錄儀設(shè)計(jì)原理
一、高溫溫度記錄儀設(shè)計(jì)背景
高溫溫度記錄儀應(yīng)用于非常多的領(lǐng)域，具有非常高的商業(yè)價(jià)值，比如說，食品、醫(yī)藥、電子和化工行業(yè)的倉(cāng)庫(kù)，冷庫(kù)，陰涼庫(kù)，實(shí)驗(yàn)室，凈化車間，電子封裝材料倉(cāng)庫(kù)，運(yùn)輸車等需要溫度測(cè)量的場(chǎng)合，特別是主要使用于一些溫度較高的環(huán)境下，比如蒸鍋，蒸箱，油鍋，殺菌鍋，反應(yīng)釜等等高溫環(huán)境。
二、高溫溫度記錄儀設(shè)計(jì)方案
1.傳感器的選擇
不同傳感器特點(diǎn)對(duì)比:
| 熱電偶 | RTD | 熱敏電阻 | 集成硅 |
溫度范圍 | −270 至1800°C | −250 至900 °C | −100 至450°C | -55 至150°C |
靈敏度 | 幾十個(gè)μV /°C | 0.00385 Ω / Ω / °C（鉑材料） | 幾個(gè)Ω / Ω /°C | 根據(jù)技術(shù)，靈敏度為 |
精度 | ±0.5°C | ±0.01°C | ±0.1°C | ±1°C |
線性度 | 需要一個(gè)至少4 階的多項(xiàng)式或一個(gè)相當(dāng)查找表。 | 需要一個(gè)至少2 階的多項(xiàng)式或一個(gè)相當(dāng)?shù)牟檎冶怼?/span> | 需要一個(gè)至少3 階的多項(xiàng)式或一個(gè)相當(dāng)?shù)牟檎冶怼?/span> | 在±1°C 范圍內(nèi)。無(wú)需線性化處理。 |
耐用性 | 熱電偶的大線規(guī)導(dǎo)線使這類傳感器更加堅(jiān)固耐用。此外，使用的絕熱材料增強(qiáng)了熱電偶的堅(jiān)固性。 | RTD 很容易由于震動(dòng)而損壞。這是因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂?6 至30 根很容易折斷的AWG 導(dǎo)線。 | 熱敏電阻元件的外殼多種多樣，但其中穩(wěn)定密封的當(dāng)屬玻璃外殼。一般來說，熱敏電阻處理起來較為困難，但其不會(huì)受到震動(dòng)影響。 | 與任何塑封的IC （諸如雙列直插式封裝和表面貼裝IC）一樣耐用。 |
在攪拌油中的時(shí)間 | 短于1S | 1 至10 秒 | 1 至5 秒 | 4 至60 秒 |
激勵(lì) | 不需要 | 電流源 | 電壓源 | 典型供電電壓 |
輸出形式 | 電壓 | 電阻 | 電阻 | 電壓、電流或者數(shù)字信號(hào) |
典型尺寸 | 焊珠直徑 = 5 倍的導(dǎo)線直徑 | 0.25 x 0.25 英 | 0.1 x 0.1 英 | 從TO-18 晶體管封裝至塑料DIP 封裝 |
綜合比對(duì)上述傳感器種類，所以我們選擇RTD材質(zhì)作為高溫溫度記錄儀測(cè)溫傳感器，PT100是RTD材料中應(yīng)用的一種；
PT100傳感器應(yīng)用于非常多的測(cè)溫場(chǎng)合，主要適合-200-600℃之間測(cè)量設(shè)計(jì)方案，主要優(yōu)點(diǎn)有：測(cè)量精度準(zhǔn)確，測(cè)量相應(yīng)速度快等特點(diǎn)；
高溫溫度記錄儀測(cè)溫信號(hào)放大電路
采用PT100一般有兩種設(shè)計(jì)方案：
1.設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過Pt100 熱電阻，通過檢測(cè)Pt100 上電壓的變化來?yè)Q算出溫度；
2.采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用Pt100 熱電阻，當(dāng)Pt100電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。兩種方案的區(qū)別只在于信號(hào)獲取電路的不同，其原理上基本一致。圖一所示為測(cè)溫原理圖
改善高溫溫度記錄儀測(cè)溫精度的方法：
通過改善Pt100 接線方式對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償；
鉑熱電阻的使用，一般有三種接法，分別是二線制接法、三線制接法和四線制接法,如圖4
所示，不同的接法適應(yīng)于不同的精度要不求。
1.二線制接法：如圖4(a)所示，這種接法不考慮Pt100 電纜的導(dǎo)線電阻，將A/D 采樣端與電流源的正極輸出端接在一起，這種接法由于沒有考慮測(cè)溫電纜的電阻，因此只能適用于測(cè)溫距離較近的場(chǎng)合。
2.三線制接法：如圖4(b)所示,這種接法增加了用于A/D 采樣的補(bǔ)償線，三線制接法消除了連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差，這種接法適用于中等測(cè)溫距離的場(chǎng)合。
3.四線制接法：如圖4(c)所示，這種接法不僅增加了A/D 采樣補(bǔ)償線，還加了一條A/D對(duì)地的補(bǔ)償線，這樣可以近一步的減小測(cè)量誤差，可以用于測(cè)溫距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。如果只從精度上考慮，采用四線制接法。
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