提高鉑電阻溫度計(jì)測量精度的方法

摘要:目前我國工業(yè)用A級鉑電阻溫度計(jì)在0℃的最大允許誤差為+0.15℃，為使鉑電阻溫度計(jì)誤差小于0.1C,提出了一種提高工業(yè)級鉑電阻溫度計(jì)精度的方法。試驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)溫度自動檢測系統(tǒng)，測溫元件采用Pt100鉑電阻,結(jié)果證.明整個(gè)系統(tǒng)的測量誤差在0.1℃以內(nèi)，而且整體造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。此方法較好推廣,可適用于熱電阻溫度計(jì)的溫度測量。
1引言
　　工業(yè)中常用的溫度測量儀器有:玻璃液體溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)等。
　　玻璃液體溫度計(jì)有直觀、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),但是不能自動記錄、不能遠(yuǎn)傳、易碎，用于工程測溫精度較低。工業(yè)熱電偶優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、使用安裝維修方便、熱惰性小，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送，缺點(diǎn)是需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，且其在工業(yè)測量中精度較低。熱電阻中的鉑電阻溫度計(jì)具有較好的穩(wěn)定性及重復(fù)性、熱響應(yīng)時(shí)間短且具有較寬的工作溫度范圍等特性，廣泛用于中溫(-200~650℃）范圍的溫度測量中.。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)具有較高的精度，但在生產(chǎn)過程中對材質(zhì)的穩(wěn)定性考察較為復(fù)雜且生產(chǎn)周期長價(jià)格昂貴，同時(shí)對測量儀表精度要求較高,這對工業(yè)測量來說成本過高。根據(jù)國家檢定規(guī)程，A級鉑電阻在OC的最大允許誤差為±0.15℃，其價(jià)格和使用條件容易為工業(yè)生產(chǎn)中所接受，如何在不增加成本的基礎(chǔ)上提高其精度，我們通過試驗(yàn)從中得到。
　　本試驗(yàn)對容積式制冷壓縮冷凝機(jī)組的性能進(jìn)行測試,按照國標(biāo)GBT《容積式制冷壓縮冷凝機(jī)組》要求,各測量點(diǎn)要求其誤差控制在0.1℃范圍內(nèi)，簡單應(yīng)用熱電偶溫度計(jì)或鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行測溫，所得測量數(shù)據(jù)不能滿足精度的要求。對此本文提出了一種整體系統(tǒng)校正坊法，即仍然采用傳統(tǒng)Pt100鉑電阻溫度自動檢測系統(tǒng)，對包括鉑電阻、信號線、采集板、計(jì)算機(jī)等在內(nèi)的整個(gè)測量系統(tǒng)進(jìn)行測試，并對每個(gè)鉑電阻進(jìn)行線性回歸，將回歸的數(shù)據(jù)代入測量程序中，對每一個(gè)測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，即可提高整個(gè)測量系統(tǒng)的測量精度,而且整體造.價(jià)低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。實(shí)際使用表明,通過此方法修正后的溫度檢測系統(tǒng)不僅能夠滿足精度上的要求，還具有非常好的穩(wěn)定性，滿足試驗(yàn)規(guī)范的偏差的要求。
2試驗(yàn)系統(tǒng)
　　本試驗(yàn)是對容積式制冷壓縮冷凝機(jī)組的性能進(jìn)行測試，采用風(fēng)冷式。需要測試的溫度點(diǎn)及最大允許.誤差要求如下:
(1)風(fēng)冷式機(jī)組的冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度應(yīng)取自放在能表明平均空氣溫度位置上的至少四個(gè)溫度測量儀表的平均讀數(shù),也可采用抽樣裝置測得。要求最大允許誤差不超過±0.1℃.本試驗(yàn)在冷凝器的進(jìn)風(fēng)口處布置5個(gè)溫度測量點(diǎn)標(biāo)號分別為1,2,3,4,5;
(2)過冷器前后制冷劑溫度，要求最大允許誤差不超過±0.1℃。布置溫度測量點(diǎn)為6,7;
(3)壓縮機(jī)吸入口處制冷劑溫度,要求最大允許誤差不超過±0.1℃。布置溫度測量點(diǎn)為8;
(4)環(huán)境溫度,要求最大允許誤差不超過±01℃。布置溫度測量點(diǎn)為9。
3解決辦法
　　試驗(yàn)的溫度測量自動檢測系統(tǒng)采用中泰軟件RM411遠(yuǎn)端熱電阻采集模塊和P100鉑電阻。RM411遠(yuǎn)端熱電阻模塊由CPU、光電隔離、A/D轉(zhuǎn)換、通道轉(zhuǎn)換、三端電流激勵(lì)、RS485接口、站址開關(guān)和DC/DC組成。用VB語言編制采集程序，可實(shí)現(xiàn)的功能包括:冷凝機(jī)組各試驗(yàn)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并存儲，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，生成歷史曲線等。
自動檢測系統(tǒng)的特點(diǎn):
(1)Pt100鉑電阻采用三線制接法，減小引線電阻的影響;信號線選用帶屏蔽線的三芯銅線，減少周圍強(qiáng)電對數(shù)據(jù)信號的干擾;
(2)計(jì)算機(jī)自動檢測并實(shí)時(shí)存儲數(shù)據(jù)，減少人為誤差;
(3)對試驗(yàn)的整個(gè)檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測校驗(yàn),消除二次儀表誤差和系統(tǒng)誤差。這樣經(jīng)過校驗(yàn)的整套系統(tǒng)搬回到實(shí)際測量中,校驗(yàn)精度就是測量精度。
根據(jù)試驗(yàn)要求，每一路鉑電阻均要在以下溫度點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn):27℃,32℃,38℃,43℃,46℃,
48℃.整個(gè)檢測系統(tǒng)經(jīng)測試后，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)以及試驗(yàn)中所用的
9路鉑電阻的測量數(shù)據(jù)見表1。
　　設(shè)標(biāo)準(zhǔn)溫，度計(jì)的測量值用Xi表示，被測鉑電阻的測量值用Yi表示，i表示每一路鉑電阻，取值為1,2,3..，9。用Exce1中圖表處理對每一路鉑電阻的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，就可以得到每一路鉑電阻的線性回歸公式:
Yi=Ai+BiXi(1)
式中AiBi為第潞鉑電阻的回歸參數(shù)。
　　以第一路鉑電阻為例，回歸公式如圖1所示。
 
　　每一路被測鉑電阻的線性回歸參數(shù)見表2。
由(1)式得到:
Xi=(Yi-Ai/Bi(2)
　　這樣每測得一個(gè)Yi就可由上式反算對應(yīng)一個(gè)Xi
 
　　對表1中每一路被測鉑電阻的測量值進(jìn)行修正,便可獲得修正后的值以及誤差。仍以1號鉑電阻為例，修正后的值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差分布圖見圖2。由圖2可知,修正后鉑電阻的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差在±0.05℃以內(nèi)。
 
　　同樣,根據(jù)公式(2可以對每一路鉑電阻進(jìn)行修正，修正后的值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差如圖3所示,除去個(gè)別點(diǎn)，每一路的誤差都在±0.1℃以內(nèi),滿足精度要求。
　　所以，根據(jù)參數(shù)A、B以及公式(2對測試軟件RM411單模塊測試程序中的參數(shù)進(jìn)行修正后，顯示值也在精度要求之內(nèi)。
4結(jié)束語
　　本文之所以能夠提高工業(yè)級溫度的測量精度，其原因是我們在對溫度系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，將整體系統(tǒng)都搬到計(jì)量所同時(shí)校驗(yàn)，之后再通過簡單的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，對整個(gè)溫度自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行線性修正,不需要特別復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，就可將溫度測量系統(tǒng)的測量誤差控制在±0.1℃以內(nèi)，并且整體造價(jià)比較低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此從某種意義上說,本文提出的提高溫度測量系統(tǒng)精度的方法，在工業(yè)級溫度測量系統(tǒng)中是一個(gè)進(jìn)步，可適用于任何一個(gè)工業(yè)過程溫度測量需要,這種方法具有普遍意義,容積制冷機(jī)組測量試驗(yàn)臺只是一個(gè)應(yīng)用的實(shí)例。