高温温度记录仪设计原理
一、高温温度记录仪设计背景
高温温度记录仪应用于非常多的领域,具有非常高的商业价值,比如说,食品、医药、电子和化工行业的仓库,冷库,阴凉库,实验室,净化车间,电子封装材料仓库,运输车等需要温度测量的场合,特别是主要使用于一些温度较高的环境下,比如蒸锅,蒸箱,油锅,杀菌锅,反应釜等等高温环境。
二、高温温度记录仪设计方案
1.传感器的选择
不同传感器特点对比:
| 热电偶 | RTD | 热敏电阻 | 集成硅 |
温度范围 | −270 至1800°C | −250 至900 °C | −100 至450°C | -55 至150°C |
灵敏度 | 几十个μV /°C | 0.00385 Ω / Ω / °C(铂材料) | 几个Ω / Ω /°C | 根据技术,灵敏度为 |
精度 | ±0.5°C | ±0.01°C | ±0.1°C | ±1°C |
线性度 | 需要一个至少4 阶的多项式或一个相当查找表。 | 需要一个至少2 阶的多项式或一个相当的查找表。 | 需要一个至少3 阶的多项式或一个相当的查找表。 | 在±1°C 范围内。无需线性化处理。 |
耐用性 | 热电偶的大线规导线使这类传感器更加坚固耐用。此外,使用的绝热材料增强了热电偶的坚固性。 | RTD 很容易由于震动而损坏。这是因为它们通常具有26 至30 根很容易折断的AWG 导线。 | 热敏电阻元件的外壳多种多样,但其中稳定密封的当属玻璃外壳。一般来说,热敏电阻处理起来较为困难,但其不会受到震动影响。 | 与任何塑封的IC (诸如双列直插式封装和表面贴装IC)一样耐用。 |
在搅拌油中的时间 | 短于1S | 1 至10 秒 | 1 至5 秒 | 4 至60 秒 |
激励 | 不需要 | 电流源 | 电压源 | 典型供电电压 |
输出形式 | 电压 | 电阻 | 电阻 | 电压、电流或者数字信号 |
典型尺寸 | 焊珠直径 = 5 倍的导线直径 | 0.25 x 0.25 英 | 0.1 x 0.1 英 | 从TO-18 晶体管封装至塑料DIP 封装 |
综合比对上述传感器种类,所以我们选择RTD材质作为高温温度记录仪测温传感器,PT100是RTD材料中应用的一种;
PT100传感器应用于非常多的测温场合,主要适合-200-600℃之间测量设计方案,主要优点有:测量精度准确,测量相应速度快等特点;
高温温度记录仪测温信号放大电路
采用PT100一般有两种设计方案:
1.设计一个恒流源通过Pt100 热电阻,通过检测Pt100 上电压的变化来换算出温度;
2.采用惠斯顿电桥,电桥的四个电阻中三个是恒定的,另一个用Pt100 热电阻,当Pt100电阻值变化时,测试端产生一个电势差,由此电势差换算出温度。两种方案的区别只在于信号获取电路的不同,其原理上基本一致。图一所示为测温原理图
改善高温温度记录仪测温精度的方法:
通过改善Pt100 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4
所示,不同的接法适应于不同的精度要不求。
1.二线制接法:如图4(a)所示,这种接法不考虑Pt100 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:如图4(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:如图4(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。