【doc】三线制RTD测量电路及应用中要注意的问题

三线制RTD测量电路及应用中要注意的问

题

'仪表技术*No.】,1993 三线制RTD测量电路及应用 中要注意的问题 西安热工研完所王有一

摘要:木文介绍了一种瘦进的三线制RTD 删量电路,以及应用于计算机测温的工业现场 中容易发生的问题,井辎出了施工接线设计中 应改进的地方.

在测量温度的各种测量元件中,电阻温度 计得到越来越广泛的应用.在一200℃——+ 800℃温度范围内,它正在代替传统的热电偶. 一

个重要原因是它的测量精度高.热电阻 (RTD)能代替热电偶的其它原因还有:RTD 不要求冷点,无需特殊的补偿导线,它们可以 用一般的铜导线连接.不过,它不能象热电偶 那样直接产生与温度对应的电压.由于大多数 过程控制的模入设备是设计来测量电压的,因 此,设计出优蘸的电阻——电压转换电路就成 为RTD应用的关键问题.

在工业测量中,热电阻感温元件的测量线 路有二,三,四线制3种,相应的测量方法也 有3种.一般情况下,二线制采用分压法,三 线制采用电轿法,四线制采用电位法.由亍线 路电阻及环境温度对二线制测量精度有较大的

影响,故这种方法用在连接导线短而阻值很小 的场台.四线制有很高的测量精度,且测量时 不受线路电阻及环境温度的影响,但每个RTD 要增加一根电缆线.另外,用一个恒流源带一 个RTD,费用要相应地提高J而用一个恒流源 带多个RTD,由于各RTD串联连结,可靠性 要受影响.为了减少导线电阻对测量结果的影 响,最常用的方法是三线制.

在三线制应用中,常用电桥电路来测量阻 值变化.如图l所示.当现场温度变化时,RTD 阻值随之变化,电桥失去平衡,输出不平衡电 压,从而实现电阻——电压的转换.在这种电 路中,因为两根引线2和3被分配在两个相临的 桥臂中,从而使环境温度变化而引起的误差相 互抵消.它们可用于测量电缆较长的场台. 兰兰'L!———一 图三线制RTD测量电路 f3矗J D

图2改进型三线制RTD电路原理 DEC公司向它的用户推荐了一种改进型的 三线制接线方法,以应用于该公司计算机产品 的温度输入回路,其原理如图2所示.该电路 与一般仪表不同,它没有平衡点,这样做可大 大提高被测电压Van,从而提高精度.RTD的 阻值应选在工作温度点.在该温度点,RTD =

RB,此时,图中两个分支的电流完全相等. 在偏离工作温度点的其它温度点,RTD寺RB,

但由于RR远大于RTD和RB,图中的两个分 支的电流也几乎相等.考虑到三根连接电缆的 电阻RL也相等(见图3),则,两点间的电压 ～ 29— 为一一

因为一告,?RTD+丢J-RL+I?RL yB一I?RL~I?RL 所以一吉^RTD

此式说明,三线制RTD测量电路中,B

两点间的电压仅等于在RTD上测量的电压降, 而连接电缆上产生的电压被有效地补偿了. 由此可见,这种电路结构应用于温度测量 是非常理想的.但是,在实际应用中,往往由 于某些施工环节的疏忽,而达不蓟理想的效果. 我们在工程实践中就曾碰副这样一些故障现 象t施工接线均正确无误,有些测点的温度偏 差却高达9℃左右,而且,一排端子的温度测 点与另一排端子上的温度测点误差等级不一 样.例如,4号中间端子测点的温度偏差在8℃ 左右,而6号中间靖子测点的温度偏差可能 在9℃左右,呈现出一种令人匿惑的阶梯式误 差.后来我们才发现,各中间端子上的供电电 压有偏差(例如4号靖子的供电电压下偏到 11.8V,6号端子的供电电压下偏到l1.7V). 现总结如下:

1.RTD电源导线连接方式不台理,加之 施工中采用导线较细,连接过长以及某些端子

接触不良,造成了以上测量误差. :二

圈3RTD电路连接电缆

因为现场接线按设计图施工,正确无误, 周而这种故障往往容易被人忽槐.请看现场接 线示意圈(圈4).如图所示,我们发现,越远 离稳压电源的端子,就可能产生越低的电压偏 差.而这点恰恰是RTD线路应用的关键.对于 一 30一

固4RTD电路现扬连接

BA2分度号的RTD在0℃一800℃范围内,下 偏0.1V的电压,就会引起下偏8℃左右的误 差.其结果,导致了上述阶梯式的测量误差. 把电蔼【线路改为较台理的环形连接,并换用较 粗的连接导线后,上述误差就不复存在了. 当然,现场排腺该故障还要复杂一些.由 于施工接线的设计中,中间端子与计算机输入 组件靖子的连接并非一一对应,面是按测点的 工艺参数分类对应的,恩而给试验测试和检查 敢障楷来许多不便.这些都是今后设计施工中 应加以改进的地方.

2.稳压电蔼【的输出电压误差.

这个问题也往往容易被忽略.当输入的交 流电鹾及频率有波动时,有的稳压电蔼【输出的 直流电压也会发生微小的漂移.这也将影响 RTD电路的测量精度.

通过选用性能较好的稳压电蔼【可基本解央 此问题DEC公司要求所提供的稳压电源的长

期稳定度应在1～5之内.如对测量精度有更 高的要求,就对该测量电路增加补偿措施. 附录t误差分析计算

RTD测量电路及参数值如图2所示.对于 BA2分度号的RTD,如果澍量范围是0℃一 300℃,脚RTD对应的阻值变化范围就为100 一

218.90(查表),故设计电路中的RTD取 其中值1500.

下面计算该设计电路中RTD上的电压降. <下转第4l页)

应在1.8～2.2内.为满量程值,即设 定与发讯偏差最大的电流值. 五,结论

TP测试器对热工仪表修理人员提供了很 大的方便,它能对TP调节器单独进行测试, 只要将TP调节器上的双插头与TP测试器上 的双插座连接即可.铡试中只需调节设定,发 , **,**—* (上接第3O页) 由于线路总电阻 胄=型±+3—6079.5(0) 所以RTD上的电压 一

{RTD;吉??RTD 1 一

言…6079.5RTD =?;tTD(mV)

依据以上公式,RTD依次取0℃一3o0℃所 对应的阻值,则可计算出其相应的电压值(见 表1).线路总电阻R在0℃～3O0℃范围内的 变化很微小,我们予以忽略. 表1RTD温度一电阻一电压对应表 将表1中RTD温度一电压对应表存入计算 机中,然后,使用查表法,计算机便可很容易 地从读入的电压值换算出对应的温度值.当然, 查表换算所需的每段温度～电压斜率值也应存 入计算机.这便是计算机处理RTD信号的方 讯电位器,通过双向电流的显示,就能了解 TP调节器工作状态.通过及z,z?与示渡 器连接,可观察TP调节器内部扫描电路状态 通过及Z,zt与记录仪就能直观地反映工 作状态,对调节炉温控制的温度波动提供了方 便.其他指标也可按.1P调节器说明书上的各 项指标进行考核,这样对新购进的,或修理后 的TP调节器的测试,更为容易实现. ,

*—押-*—押,*?*-折-* 法.

显然,如果RT]D上的电IE发生偏差,必 然导致转换温度的误差.现以lOO℃温度点为 倒,分析供电电压发生偏差所产生的彩响. 当供电电压V~12V时 一?RTD×l39.10 =137.28(mV)

当供电电压一11.9V时 一?RTD=Ⅲ9.10 —135.14(mV)

由于供电电压下偏0.1V,将造成RTD的 电压下偏1.14mV(137.28mV-136.14mV) 由于在有限的温度区间内,R叨D电阻电 压与温度的非线性度不大,所以可近似地计算 100℃温度点附近的温度一电压变化率: 面一2.63~/mV4mV11813mVl56. 1一.'

这意味着RD的电压变化lmV,转换的 温度值就变化2.83℃由此推算出近似温度误 差:

2.63℃/mY×1.14mV一3℃

由此可见,对于BA2热电阻,在0\"C一 300℃范围内,线路供电电压每下偏0.1V, 就会引起下偏3℃左右的温度误差. 参考文献

(1)朱良密.温度传癌器,电子与自动化-1986.1

(2)陈焕生,温度到试技才:及议裘,水利电力出版社.1987 — 41——