Precision RTD Medición de la temperatura
Resumen: Este documento presenta un método para medir con precisión la resistencia de la resistencia térmica de tres cables mediante un método de presión parcial de voltaje constante. Para la resistencia térmica Pt100, la resolución de detección puede alcanzar 0.005W. Al mismo tiempo, utilizando el método de cálculo, la precisión de temperatura obtenida puede alcanzar 0.05 ° C.
Palabras clave: Voltaje constante; sistema de tres hilos; resistencia termica; exactitud
Introducción
Los parámetros de temperatura son uno de los parámetros de proceso de producción más utilizados en la producción industrial. Aunque existen muchos métodos diferentes para medir la temperatura, la resistencia térmica se ha convertido en uno de los elementos sensores más utilizados en la medición de temperatura industrial debido a sus excelentes características. Debido a sus excelentes propiedades físicas, el metal platino lo convierte en el material de elección para la fabricación de resistencias térmicas. Se puede fabricar en forma de película pequeña o enrollar sobre sustratos de cerámica y mica para crear un sensor de temperatura altamente estable que pueda acomodar una variedad de aplicaciones complejas de medición de temperatura. El sensor de temperatura RTD Pt100 es el elemento de medición de temperatura preferido en el rango de temperatura de -200 ° C a +400 ° C.
En la actualidad, en varios equipos de inspección, como varios termostatos de inspección, se requiere que el equipo proporcione una indicación de temperatura de alta precisión, lo que requiere una medición de temperatura de alta precisión. Por ejemplo, en el transmisor de temperatura inteligente de dos hilos integrado con sensor de resistencia térmica Pt100, también se requiere una medición de temperatura de alta precisión, para garantizar la alta precisión del transmisor en el rango completo. Para eliminar la influencia de la resistencia del cable en la medición, la unión de cables de tres hilos se utiliza en aplicaciones industriales y de laboratorio para eliminar la influencia de la resistencia del cable. Este artículo describe una solución para medir con precisión la resistencia de una resistencia térmica de tres cables, al tiempo que proporciona un método de conversión de temperatura de alta precisión.
Circuito de detección de resistencia de resistencia térmica de tres hilos
La Figura 1 es un circuito de detección que utiliza un método de presión parcial de voltaje constante para medir con precisión la resistencia de una resistencia térmica de tres cables. En realidad, es una parte de detección de un transmisor de temperatura de alta precisión. Utiliza el AD7705 como convertidor analógico a digital, y la CPU de control del sistema usa el P87LPC764. El sistema general es un sistema de baja potencia.
En la Figura 1, el cuerpo de resistencia RT está conectado a un sistema de tres cables, y RL es una resistencia de tres cables. En general, la resistencia de cada conductor está dentro de 5W. El cuerpo de la resistencia y el circuito de medición están conectados por tres puntos A, B y C, y en realidad forman un circuito de división de voltaje para el voltaje VREF con la resistencia R. En circunstancias normales, para evitar el error de medición causado por el calentamiento del cuerpo de la resistencia, la corriente debe ser inferior a 3 mA. Aquí, al seleccionar VREF y R, la corriente del termistor de accionamiento es de aproximadamente 0,6 mA. Cuando se conocen VREF y R, al detectar VAB y VAC, se puede obtener RT mediante cálculo para determinar la temperatura real. La detección de VAB y VAC se realiza mediante el AD7705, que es un canal de entrada dual. El convertidor A / D sigma-delta de 16 bits tiene una entrada con un amplificador programable, que utiliza 8x de ganancia, el canal 1 detecta VAC y el canal 2 detecta VAB. Con referencia a la Fig. 1, es fácil obtener las siguientes relaciones 1 y 2 con respecto a VAB y VAC, que en realidad son ecuaciones binarias de una sola vez en las que RT y RL son desconocidas, y es fácil resolver RT, es decir, la ecuación 3.
VAB = VREF * RL / （R + RT + 2 * RL） （1）
VAC = VREF * （RT + 2 * RL） / （R + RT + 2 * RL） （2）
RT = R * （VAC-2 * VAB） / （VREF-VAC） （3）
Cuando se obtiene RT, la temperatura real medida puede derivarse indirectamente. Como el sensor no es lineal, el método convencional a menudo utiliza una tabla de búsqueda, una línea de plegado, etc. para calcular la temperatura. Sin embargo, estos métodos son difíciles de obtener una alta precisión en el espacio limitado de la mesa, y solo son adecuados para ocasiones industriales con requisitos de baja precisión. Si el valor de la temperatura se obtiene utilizando la fórmula de la función Rt (t) que figura en el estándar nacional más el método de diferencia de prueba, se puede obtener una precisión extremadamente alta. Sin embargo, en los métodos de procesamiento informáticos anteriores, debido a la complejidad del programa, generalmente se evita el método de cálculo de coma flotante. Sin embargo, el compilador C51 actual ha sido extremadamente eficiente, y el espacio de almacenamiento del programa no es un problema, por lo que he adoptado este método de cálculo de alta precisión. La siguiente es una función C51 para calcular RT y medir la temperatura. Utiliza una resistencia térmica Pt100 que se ajusta al estándar IEC751 y TRC = 0.003851.
Process_t () / * mide la función de solución de temperatura, conocida como R, VREF * /
{
Datos flotantes vac, vab, rt, rt1, t;
Vac = ad_pro (1);
Vab = ad_pro (2); / * Conversión A / D para VAB y VAC * /
Rt1 = r * (vac-2 * vab) / (vref-vac);
/ * Calcular el valor actual de la resistencia térmica * /
Rt = lubo (rt1); / * filtrado ponderado deslizante * /
t = (rt-100) /0.36;
/ * Primero estime la temperatura actual linealmente en 400 métricas * /
Hacer
/ * Utilice el método de prueba y error para calcular el ciclo, la t estimada es el valor inicial * /
{
Si (rt <100) / * debajo de cero grados Celsius * /
{
Rt1 = 100 + t * (0.390802-0.0000580195 * t-
0,000000000427351 * (t-100) * t * t);
}
De lo contrario / * Celsius por debajo del procesamiento cero * /
{
Rt1 = 100 + t * (0.390802-0.0000580195 * t);
}
t = t + (rt-rt1) /0.36;
}
Mientras que (((rt-rt1)> 0.005) || (rt1-rt)> 0.005);
/ * El residuo calculado es, en última instancia, inferior a 0,005 ohmios * /
Retorno (t) / * Fin del intervalo de prueba, valor de temperatura de retorno del punto flotante * /
}
Calibración de R y VREF
La solución anterior para medir la temperatura es tratar tanto R como VREF como parámetros conocidos. En la superficie, todos tienen valores nominales, pero sus valores nominales son propensos a errores.
Donde R es una resistencia de película metálica de alta estabilidad con una precisión de 0.1%, VREF se toma del LM285, y su rango de estabilidad de fábrica es 1.235
Palabras clave: Voltaje constante; sistema de tres hilos; resistencia termica; exactitud
Introducción
Los parámetros de temperatura son uno de los parámetros de proceso de producción más utilizados en la producción industrial. Aunque existen muchos métodos diferentes para medir la temperatura, la resistencia térmica se ha convertido en uno de los elementos sensores más utilizados en la medición de temperatura industrial debido a sus excelentes características. Debido a sus excelentes propiedades físicas, el metal platino lo convierte en el material de elección para la fabricación de resistencias térmicas. Se puede fabricar en forma de película pequeña o enrollar sobre sustratos de cerámica y mica para crear un sensor de temperatura altamente estable que pueda acomodar una variedad de aplicaciones complejas de medición de temperatura. El sensor de temperatura RTD Pt100 es el elemento de medición de temperatura preferido en el rango de temperatura de -200 ° C a +400 ° C.
En la actualidad, en varios equipos de inspección, como varios termostatos de inspección, se requiere que el equipo proporcione una indicación de temperatura de alta precisión, lo que requiere una medición de temperatura de alta precisión. Por ejemplo, en el transmisor de temperatura inteligente de dos hilos integrado con sensor de resistencia térmica Pt100, también se requiere una medición de temperatura de alta precisión, para garantizar la alta precisión del transmisor en el rango completo. Para eliminar la influencia de la resistencia del cable en la medición, la unión de cables de tres hilos se utiliza en aplicaciones industriales y de laboratorio para eliminar la influencia de la resistencia del cable. Este artículo describe una solución para medir con precisión la resistencia de una resistencia térmica de tres cables, al tiempo que proporciona un método de conversión de temperatura de alta precisión.
Circuito de detección de resistencia de resistencia térmica de tres hilos
La Figura 1 es un circuito de detección que utiliza un método de presión parcial de voltaje constante para medir con precisión la resistencia de una resistencia térmica de tres cables. En realidad, es una parte de detección de un transmisor de temperatura de alta precisión. Utiliza el AD7705 como convertidor analógico a digital, y la CPU de control del sistema usa el P87LPC764. El sistema general es un sistema de baja potencia.
En la Figura 1, el cuerpo de resistencia RT está conectado a un sistema de tres cables, y RL es una resistencia de tres cables. En general, la resistencia de cada conductor está dentro de 5W. El cuerpo de la resistencia y el circuito de medición están conectados por tres puntos A, B y C, y en realidad forman un circuito de división de voltaje para el voltaje VREF con la resistencia R. En circunstancias normales, para evitar el error de medición causado por el calentamiento del cuerpo de la resistencia, la corriente debe ser inferior a 3 mA. Aquí, al seleccionar VREF y R, la corriente del termistor de accionamiento es de aproximadamente 0,6 mA. Cuando se conocen VREF y R, al detectar VAB y VAC, se puede obtener RT mediante cálculo para determinar la temperatura real. La detección de VAB y VAC se realiza mediante el AD7705, que es un canal de entrada dual. El convertidor A / D sigma-delta de 16 bits tiene una entrada con un amplificador programable, que utiliza 8x de ganancia, el canal 1 detecta VAC y el canal 2 detecta VAB. Con referencia a la Fig. 1, es fácil obtener las siguientes relaciones 1 y 2 con respecto a VAB y VAC, que en realidad son ecuaciones binarias de una sola vez en las que RT y RL son desconocidas, y es fácil resolver RT, es decir, la ecuación 3.
VAB = VREF * RL / （R + RT + 2 * RL） （1）
VAC = VREF * （RT + 2 * RL） / （R + RT + 2 * RL） （2）
RT = R * （VAC-2 * VAB） / （VREF-VAC） （3）
Cuando se obtiene RT, la temperatura real medida puede derivarse indirectamente. Como el sensor no es lineal, el método convencional a menudo utiliza una tabla de búsqueda, una línea de plegado, etc. para calcular la temperatura. Sin embargo, estos métodos son difíciles de obtener una alta precisión en el espacio limitado de la mesa, y solo son adecuados para ocasiones industriales con requisitos de baja precisión. Si el valor de la temperatura se obtiene utilizando la fórmula de la función Rt (t) que figura en el estándar nacional más el método de diferencia de prueba, se puede obtener una precisión extremadamente alta. Sin embargo, en los métodos de procesamiento informáticos anteriores, debido a la complejidad del programa, generalmente se evita el método de cálculo de coma flotante. Sin embargo, el compilador C51 actual ha sido extremadamente eficiente, y el espacio de almacenamiento del programa no es un problema, por lo que he adoptado este método de cálculo de alta precisión. La siguiente es una función C51 para calcular RT y medir la temperatura. Utiliza una resistencia térmica Pt100 que se ajusta al estándar IEC751 y TRC = 0.003851.
Process_t () / * mide la función de solución de temperatura, conocida como R, VREF * /
{
Datos flotantes vac, vab, rt, rt1, t;
Vac = ad_pro (1);
Vab = ad_pro (2); / * Conversión A / D para VAB y VAC * /
Rt1 = r * (vac-2 * vab) / (vref-vac);
/ * Calcular el valor actual de la resistencia térmica * /
Rt = lubo (rt1); / * filtrado ponderado deslizante * /
t = (rt-100) /0.36;
/ * Primero estime la temperatura actual linealmente en 400 métricas * /
Hacer
/ * Utilice el método de prueba y error para calcular el ciclo, la t estimada es el valor inicial * /
{
Si (rt <100) / * debajo de cero grados Celsius * /
{
Rt1 = 100 + t * (0.390802-0.0000580195 * t-
0,000000000427351 * (t-100) * t * t);
}
De lo contrario / * Celsius por debajo del procesamiento cero * /
{
Rt1 = 100 + t * (0.390802-0.0000580195 * t);
}
t = t + (rt-rt1) /0.36;
}
Mientras que (((rt-rt1)> 0.005) || (rt1-rt)> 0.005);
/ * El residuo calculado es, en última instancia, inferior a 0,005 ohmios * /
Retorno (t) / * Fin del intervalo de prueba, valor de temperatura de retorno del punto flotante * /
}
Calibración de R y VREF
La solución anterior para medir la temperatura es tratar tanto R como VREF como parámetros conocidos. En la superficie, todos tienen valores nominales, pero sus valores nominales son propensos a errores.
Donde R es una resistencia de película metálica de alta estabilidad con una precisión de 0.1%, VREF se toma del LM285, y su rango de estabilidad de fábrica es 1.235
