Способ измерения температуры

В рамках данной задачи мы будем измерять температуру при помощи терморезистивного датчика (RTD – ResistanceTemperatureDetector), представляющего собой чувствительный к изменению температуры элемент из меди, никеля или платины. Сопротивление таких датчиков (обычно 100 Ом при температуре 0OС) увеличивается с температурой и в небольшом диапазоне изменения температуры хорошо описывается линейным законом. По сравнению с другими датчиками RTD отличаются высокой точностью. Некоторые из них позволяют измерять температуру с точностью до 0,02OС.

(2.1)

Платина имеет температурный коэффициент электрического сопротивления равный

Следовательно, медный датчик с сопротивлением 100 Ом имеет температурный коэффициент 0,43Ом/ OС.

В связи с этим при проектировании устройств измерения температуры с помощью датчиков сопротивления необходимо учитывать (компенсировать) сопротивление подводящих проводов. Для этого используют две пары проводов, одна из которых служит для подведения к датчику калиброванного тока возбуждения, а вторая - для измерения падения напряжения на нем, причем ток по этим проводникам не протекает. В широком диапазоне изменения температур зависимость перестает быть линейной, хорошие результаты учета нелинейности дает аппроксимация Callendar-VanDusen:

,

где для платиновоготермосопротивления используются следующие коэффициенты

Больший ток возбуждения, с одной стороны, увеличивает температурную чувствительность датчика, которая пропорциональна току возбуждения, а с другой стороны, вызывает саморазогрев датчика, что приводит к дополнительной погрешности. Поэтому величину этого тока выбирают исходя из конкретных условий измерения. В частности, принципиальное значение играет теплопроводность среды (воздух, вода, контакт с металлом), в которой находится датчик. Рекомендуемое значение тока возбуждения указывается изготовителем датчика. Типовые значения составляют 250мкА для платиновых и никелевых преобразователей и 1мА для медных.

Существуют различные методы измерения температуры с помощью RTD:

Двухпроводной метод, при котором измеряется падение напряжения на RTD при пропускании через него тока. Достоинство этого метода заключается в простоте, поскольку используется всего два провода. Это облегчает подключение и реализацию. Главный недостаток заключается в том, что в измерительную схему входит сопротивление подводящих проводов, которое также зависит от температуры, что вносит некоторую ошибку.

Трехпроводной способ является усовершенствованием двухпроводного. Здесь также через датчик пропускается ток и измеряется результирующее напряжение. Использование в схеме третьего провода обеспечивает компенсацию сопротивления подводящего провода. Для реализации этого метода необходимо иметь либо трехпроводное компенсирующее измерительное устройство, либо возможность измерения действительного вклада третьего провода для вычитания из общего результата измерения.

Четырехпроводной метод. Как и в двух предыдущих методах, он основан на пропускании тока и измерении напряжения. Однако ток протекает через одну пару подводящих проводов, в то время как напряжение непосредственно на резистивном элементе (RTD) измеряется при помощи второй пары проводников. Это означает, что влияние сопротивления подводящих проводов на результаты измерения полностью исключается.