鉑電阻溫度傳感器在-200~+850 °C的測量范圍內(nèi)能夠提供優(yōu)秀的測量精度。目前市場上有多種不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)PT100傳感器,其封裝形式也多種多樣,能夠滿足大部分的測試要求。與熱電偶不同的是他不需要采用特殊的線纜來實(shí)現(xiàn)與傳感器的連接。
鉑電阻溫度傳感器是通過測量鉑金原件的電阻實(shí)現(xiàn)的,最常用的一種型號(PT100)在0 °C和100°C時(shí)分別具有100歐姆和138.4歐姆的電阻值。也有一些PT1000型號的傳感器在0°C時(shí)分別具有25歐姆和1000歐姆的電阻值。溫度和電阻值之間的關(guān)系在一個較小的溫度范圍內(nèi)可以看成是成線性關(guān)系的:例如,如果假設(shè)在0到100°C范圍內(nèi)是線性的,那么誤差在50°C時(shí)是0.4°C。在精密測量中,必須讓兩者的關(guān)系線性化以測量出精確的溫度值。有關(guān)電阻值和溫度值之間的關(guān)系的一個最新的定義是國際溫度測量標(biāo)準(zhǔn)(ITS-90)。
可在軟件中采用Pico信號調(diào)節(jié)器自動解決線性化的問題。線性化的相關(guān)等式為:Rt = R0 * (1 + A* t + B*t2 +C*(t-100)* t3) 其中:A = 3.9083 E-3 、B = -5.775 E-7、C = -4.183 E -12 (0 °C以下),或者 C = 0 (0 °C以上)。
對于PT100的傳感器,溫度值變化1°C會引起0.384歐姆的電阻值的變化,所以就算是一個非常小的電阻值測量誤差(例如,連接傳感器纜線的電阻值)都會引起一個巨大的溫度測量誤差。在需要精密測量時(shí),一般選擇四線制鉑電阻傳感器——其中兩條用于傳感器的電流傳輸,另外兩條用于測量傳感元件兩端的電壓值。當(dāng)然您也可以選擇三線制傳感器,但是這要求三條導(dǎo)線的電阻值是一樣的。
電流通過傳感器會產(chǎn)生一定的熱量:例如,1mA的電流通過一個100歐姆的電阻時(shí)會產(chǎn)生100μW的熱量。如果傳感器元件無法散發(fā)這些熱量,讀取的溫度值將會偏高。可以采用較大型號的傳感器或者保證傳感器與測量環(huán)境有良好的接觸兩種方法來減少這種誤差。
1mA的測量電流僅可產(chǎn)生一個100mV的電壓信號。因?yàn)?°C的溫度變化所引起的電阻值的變化是非常小的,甚至在測量傳感器兩端電壓的小小誤差都會產(chǎn)生一個較大的溫度誤差。例如,一個100μV的電壓測量誤差將會產(chǎn)生0.4°C的溫度誤差。相似地,一個1μA的電流測量誤差將會產(chǎn)生0.4°C的溫度誤差。 因?yàn)殂K電阻產(chǎn)生的信號很微弱,所以必須保證鉑電阻導(dǎo)線遠(yuǎn)離像電線,電機(jī),開關(guān)設(shè)備以及其他一些可能產(chǎn)生噪聲的設(shè)備。采用屏蔽的導(dǎo)線,與屏蔽的大地接同一端,這樣可以減少干擾。當(dāng)采用長導(dǎo)線時(shí),必須檢查測量裝備是否可以處理導(dǎo)線的電阻值。大部分的設(shè)備都能夠處理每芯高達(dá)100歐的電阻。
鉑電阻的探頭和導(dǎo)線的型號必須與相關(guān)的應(yīng)用相匹配。主要需要考慮的是測量溫度范圍和探頭接觸流體的性質(zhì)(腐蝕性的或者傳導(dǎo)性的)或者金屬類型。顯然,普通的導(dǎo)線焊接點(diǎn)不可以工作在170°C的環(huán)境中。
傳感器制造商提供了符合BS1904 B級別(DIN43760)的廣泛使用的傳感器, 這種傳感器在0°C具有±0.3 °C的測量精度。對于更高的精度,BS1904 A級別有±0.15 °C的測精度,tenth-DIN傳感器有±0.03 °C的測量精度。像Isotech這些公司,他們可以到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的0.001精度。以上只是描述了傳感器本身的精度, 當(dāng)然在實(shí)際測試中,您還要考慮測量系統(tǒng)所帶來的誤差。
相關(guān)的精度標(biāo)準(zhǔn)是IEC751和JISC1604-1989。IEC751為PRT傳感器的導(dǎo)線定義了相關(guān)的彩色編碼:連接于同一端的一條或者兩條導(dǎo)線標(biāo)識為紅色,連接于另外一端的導(dǎo)線標(biāo)識為白色。