CN102353470A - 电压动态跟踪的热电阻测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压动态跟踪的热电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将标准电阻Rs串联到热电阻测温回路中；2)通过测量标准电阻Rs和热电阻Rt两端的电压Us、Ut，计算出热电阻的阻值Rt＝Rs*Ut/Us，电压Us动态跟踪Ut；3)利用下式计算热电阻两端电压Ut，消除导线电阻：Rt＝Rs×(U23-U12)/U3，其中RL为导线电阻，Rs为已知阻值的标准电阻；U12为端子1、2之间的电压；U23为端子2、3之间的电压；U3为为端子3的电压；4)通过式(7)得到的热电阻值Rt计算出温度。本发明的测量方法，解决了恒流源不精准的问题。

Description

电压动态跟踪的热电阻测量方法
技术领域
本发明涉及一种热电阻测量方法，属于电力系统技术领域。
背景技术
在电力、化工等行业生产过程中，温度是一个很重要的物理参数，温度的检测与控制直接和安全生产、产品质量、能源节约等多种重要技术指标相联系，热电阻是最常用的温度检测元件之一，一般来说，采用恒流源方法来测量热电阻具有测量电路简单、精度较高等特点，该方法是多数测温仪表采用的一种技术。
请参照图1，图中示出了现有技术中单恒流源测量的电路图，恒流源电流Is从U1端子流入，经过引线电阻RL1、热电阻Rt、引线电阻RL4后从端子U4流出返回参考地，U2、U3端引出线直接接入ADC模数转换器，测量得到热电阻Rt两端电压Ut，然后计算出热电阻阻值Rt = Ut/Is，根据阻值温度的对应关系，计算出对应温度。
在使用热电阻作为温度检测元件的测温仪表中，采用恒流源来测量热电阻是一种简单便捷的方法，将电阻的变化转换成电压信号，通过测量热电阻两端的电压，然后通过电压除以恒流源的电流，计算出电阻值并求出测量温度值。
现有的方法有2个缺点：
第一是，恒流源电路都有一个温度系数，因此随着外部温度的变化，恒流源输出精度会受影响，输出电流会有误差，因此通过电压除以恒电流的方法，会导致计算出的电阻值不准，从而测量温度也不准。
第二是，因为热电阻测温，外部会使用很长的导线，导线电阻的存在，会导致实际测量电压是热电阻+导线电阻两端的电压，比热电阻两端电压要高，也产生测量误差。
上述方案中，对恒流源的精度、温度稳定性要求非常高，在实际使用过程中，会因为恒流源电路中的电阻的精度和温度系数的不一致性，使恒流源产生的稳态误差△I，导致测量温度的不准。假设实际测量的热电阻为Rt’，下面分析Rt’与真值Rt之间的关系，具体如下：
U23 = （Is + △I）×Rt’
Rt’ = U23/（Is + △I） = （U23/Is）/（1+△I/I） = Rt/(1+△I/I)
因此当恒流源产生稳态误差△I时，实际测量值与真值之间会产生误差，实际测温也产生了误差。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供了一种温度测量的方法，能够解决温度测量中恒流源的稳态误差对测量电阻精度的影响，同时能够消除导线电阻产生的测量误差。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电压动态跟踪的热电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将标准电阻Rs串联到热电阻测温回路中，所述热电阻测温回路包括热电阻Rt，热电阻Rt通过端子1连接恒流源，热电阻Rt通过端子2连接外部设备，标准电阻Rs与热电阻Rt串联连接，RL1为热电阻Rt与端子1之间的导线电阻，RL2为热电阻Rt与端子2之间的导线电阻，端子3在热电阻Rt与标准电阻Rs之间，RL3为热电阻Rt与端子3之间的导线电阻；
2)通过测量标准电阻Rs和热电阻Rt两端的电压Us、Ut，计算出热电阻的阻值Rt = Rs*Ut/Us，电压Us动态跟踪Ut；
3）利用式（7）计算热电阻两端电压Ut，消除导线电阻：
Rt = Rs×(U23 – U12)/U3  ……………式（7）
其中，RL1、RL2、RL3为导线电阻，其电阻值都为RL，Rs为已知阻值的标准电阻；U12为端子1、2之间的电压；U23为端子2、3之间的电压；U3为为端子3的电压；
4）通过式（7）得到的热电阻值Rt计算出温度。
本发明通过标准电阻参考来测量热电阻阻值，从而计算出温度，解决了如下问题：
1．恒流源电流不精准的问题，恒流源电路，经过一段时间运行后，会发生稳定的漂移，这样在工程运行过程中，需要经常的校验和调整参数。本发明的测量方法，解决了恒流源不精准的问题。
2．提高了测量电路的抗干扰能力，本电路通过测量两端的电压差值，可以有效的抵御外来的共模干扰信号。
3．测量电路简单且测量精度长期稳定，标准电阻在额定功耗范围内使用，寿命没有限制，因此测量电路的精度稳定可靠且寿命长，现场人员无需校验精度。
附图说明
图1为现有技术中单恒流源测量的电路图；
图2为本发明的一种三线制恒流源测温的电路图。
具体实施方式
图2是一个三线制恒流源测温的电路，通过测量恒流源电流Is流过热电阻Rt上产生的电压，来计算热电阻Rt。
RL为导线电阻，Is为恒流源，Rs为已知阻值的标准电阻；
U1、U2、U3分为为端子1、端子2、端子3的电压；
U12为端子1、2之间的电压；
U23为端子2、3之间的电压；
Ut为热电阻两端的电压；
Us为参考电阻两端的电压。
本发明中，采用3线制恒流源的热电阻测温方法，通过采用一个标准电阻Rs串联到热电阻测温回路中，通过测量标准电阻Rs和热电阻Rt两端的电压Us、Ut，计算出热电阻的阻值Rt = Rs*Ut/Us，电压Us动态跟踪Ut，与恒流源精度无关。通过以下计算，消除了导线电阻，提高了热电阻测量的精度。
U1 = Is×(Rt + 2RL + Rs)………………式（1）
U2 = Is×(Rt + RL + Rs) ………………式（2）
U3 = Is×Rs         ………………式（3）
通过式（1）式减式（2）式得：
U12 = U1-U2 = Is×RL  ………………式（4）
通过式（2）式减式（3）式得：
U23 = U2-U3 = Is×(Rt + RL)  …………式（5）
热电阻两端电压Ut:
Ut = U23 – Is×RL = U23 – Is×RL = U23 – U12 = Is×Rt ……式（6）
由式（3）、式（6）式可以得到：
Rt = Rs×(U23 – U12)/U3  ……………式（7）
从式（7）式可知，热电阻阻值与恒流源精度无关，并且该算法成功的消除了导线电阻的影响。
以上已以较加实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电压动态跟踪的热电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将标准电阻Rs串联到热电阻测温回路中，所述热电阻测温回路包括热电阻Rt，热电阻Rt通过端子1连接恒流源，热电阻Rt通过端子2连接外部设备，标准电阻Rs与热电阻Rt串联连接，RL1为热电阻Rt与端子1之间的导线电阻，RL2为热电阻Rt与端子2之间的导线电阻，端子3在热电阻Rt与标准电阻Rs之间，RL3为热电阻Rt与端子3之间的导线电阻；
2)通过测量标准电阻Rs和热电阻Rt两端的电压Us、Ut，计算出热电阻的阻值Rt＝Rs*Ut/Us，电压Us动态跟踪Ut；
3)利用式(7)计算热电阻两端电压Ut，消除导线电阻：
Rt＝Rs×(U23-U12)/U3  ……………式(7)
其中，RL为导线电阻，Rs为已知阻值的标准电阻；U12为端子1、2之间的电压；U23为端子2、3之间的电压；U3为为端子3的电压；
4)通过式(7)得到的热电阻值Rt计算出温度。
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