翁偉婧

[摘 要]在中低溫測(cè)量方面，鉑熱電阻是首選的高準(zhǔn)確度測(cè)量傳感器，將對(duì)溫度測(cè)量控制水平和產(chǎn)品品質(zhì)起到直接的影響。所以在使用鉑熱電阻前，需要完成傳感器的檢測(cè)，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文提出了一種在線檢測(cè)方法，可以為鉑熱電阻的檢測(cè)提供便利。

[關(guān)鍵詞]鉑熱電阻；在線檢測(cè)；方法實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TM934.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0111-01

引言：在實(shí)際應(yīng)用鉑熱電阻時(shí)，無(wú)論是儀表生產(chǎn)商還是用戶，都需要進(jìn)行鉑熱電阻的檢測(cè)。使用常規(guī)檢測(cè)方法，需要在溫度穩(wěn)定后利用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和被檢電阻值進(jìn)行實(shí)際溫度的計(jì)算，然后利用公式進(jìn)行被檢值的計(jì)算，將給鉑熱電阻使用者帶來一定的不便。而使用在線檢測(cè)方法進(jìn)行鉑熱電阻的檢測(cè)，則可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)過程的控制，并且能夠輕松獲得檢測(cè)結(jié)果。因此，相關(guān)人員有必要對(duì)鉑熱電阻在線檢測(cè)方法展開分析，以便更好的進(jìn)行鉑熱電阻的使用。

1 鉑熱電阻的檢測(cè)方法分析

從工作原理上來看，鉑熱電阻的電阻絲將隨著溫度變化而變化。利用鉑熱電阻，能夠完成-200-800℃范圍內(nèi)的溫度的測(cè)量，具有良好的電氣性能，其電阻和溫度呈近似線性關(guān)系，測(cè)量精度較高。在使用鉑熱電阻之前，還要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以確保元器件的測(cè)量精度。但在實(shí)際檢測(cè)的過程中，由于鉑熱電阻需要與連接導(dǎo)線、轉(zhuǎn)換開關(guān)和接線端子等器件連接，所以阻值的測(cè)量會(huì)受到接點(diǎn)產(chǎn)生的接觸電阻和導(dǎo)線電阻的影響，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差的產(chǎn)生。就目前來看，在對(duì)鉑熱電阻進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用二線制、三線制或四線制電路。使用二線制電路，沒有對(duì)引線電阻和接觸電阻進(jìn)行考慮，容易導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果中含有較大誤差。使用三線制電路，同樣需要使用電橋電路，但是可以利用可變電阻器進(jìn)行電橋的平衡，從而進(jìn)行引線電阻和接觸電阻的相互抵消[1]。使用四線制電路，無(wú)需進(jìn)行電橋電路的設(shè)計(jì)，并且在測(cè)量電壓時(shí)只有少量漏電流，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測(cè)量。

2 鉑熱電阻的在線檢測(cè)方法的提出

2.1 鉑熱電阻的在線檢測(cè)內(nèi)容

在進(jìn)行工業(yè)鉑熱電阻傳感器的檢測(cè)時(shí)，需要完成外觀檢測(cè)、絕緣電阻測(cè)量和示值誤差檢測(cè)三部分內(nèi)容的測(cè)試。在對(duì)示值誤差進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用在線檢測(cè)方法提高檢測(cè)效率和精度，從而使工業(yè)生產(chǎn)效率得到提升。在檢測(cè)時(shí)，需要在0℃和100℃這個(gè)溫度點(diǎn)上進(jìn)行電阻示值誤差的檢測(cè)。在0℃溫度點(diǎn)上，需要在冰點(diǎn)槽中檢測(cè)。在100℃溫度點(diǎn)上，需要在標(biāo)準(zhǔn)油槽中檢測(cè)。通過將標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計(jì)和鉑電阻溫度傳感器放入溫度槽，然后使用在線檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的采集，就能夠完成鉑熱電阻的在線檢測(cè)。

2.2 鉑熱電阻的在線檢測(cè)方法

在檢測(cè)時(shí)，考慮到工業(yè)鉑熱電阻溫度傳感器的引線方式不同，還要根據(jù)引線采取不同接線方式。針對(duì)采取二線制引線的工業(yè)鉑熱電阻，需要在電阻每根引線末端進(jìn)行兩根導(dǎo)線的引出，然后采取四線制接線。針對(duì)采取三線制引線的鉑熱電阻，還要使用兩次測(cè)量方法進(jìn)行電阻或溫度的測(cè)量，從而使內(nèi)引線電阻的影響得以消除。在測(cè)量時(shí)，需要使用四線制方法接線。而在線檢測(cè)設(shè)備應(yīng)該由計(jì)算機(jī)、恒溫系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集板等設(shè)備組成，與溫度槽共同構(gòu)成在線檢測(cè)系統(tǒng)。利用溫度槽，可以為鉑熱電阻提供檢測(cè)需要的溫度源。利用溫度采集板，則可以完成鉑熱電阻溫度數(shù)據(jù)的采集。由于可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)采集過程的控制，所以能夠?qū)崿F(xiàn)鉑熱電阻的在線檢測(cè)[2]。在實(shí)際開展在線檢測(cè)工作時(shí)，需要將鉑熱電阻傳感器與溫度計(jì)一同放入溫度槽，然后按照要求將傳感器引線與數(shù)據(jù)采集板連接。確認(rèn)接線正確后，需要將計(jì)算機(jī)與采集板的標(biāo)準(zhǔn)接口連接，然后利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集板控制，從而實(shí)現(xiàn)鉑熱電阻的在線檢測(cè)。

3 鉑熱電阻在線檢測(cè)方法的實(shí)踐探討

3.1 在線檢測(cè)的硬件設(shè)計(jì)

在實(shí)際進(jìn)行鉑熱電阻檢測(cè)時(shí)，使用的鉑熱電阻為B級(jí)WZP薄膜鉑熱電阻，直徑為1μm。在對(duì)鉑熱電阻產(chǎn)生的電壓值進(jìn)行采集時(shí)，考慮到鉑電阻上電流為μA級(jí)，還要使用預(yù)算放大器和測(cè)量放大器進(jìn)行信號(hào)放大，然后利用數(shù)模轉(zhuǎn)換將得到的數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)中。而使用的數(shù)據(jù)采集芯片為ADUC824，具有較高的數(shù)據(jù)采集精度，所以能夠省略信號(hào)放大環(huán)節(jié)。在利用該芯片進(jìn)行信號(hào)采集前，需要使信號(hào)先經(jīng)過有源低通濾波器濾波。而通過設(shè)定低截止頻率，則能夠避免電路板受到交流干擾。在線檢測(cè)系統(tǒng)使用的電源為串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，可以進(jìn)行5V和15V直流電壓的提供。在電源的整流部分，需要使用大容量電解電容濾波，從而達(dá)成減小輸出電壓波紋的目的。為抑制電源側(cè)高頻干擾，還要在整流電路后使用高頻電容進(jìn)行負(fù)載端瞬態(tài)響應(yīng)的改善，從而實(shí)現(xiàn)噪聲干擾的抑制?？紤]到系統(tǒng)測(cè)量精度要求較高，需使用24位AD轉(zhuǎn)換器。此外，在機(jī)構(gòu)動(dòng)作控制方面，需使用光電耦合進(jìn)行繼電器驅(qū)動(dòng)。在連接數(shù)據(jù)采集芯片時(shí)，需要使用三線制零MODEM方式，而芯片上集成的串行通訊接口數(shù)據(jù)傳輸率能夠達(dá)到20000b/s。

3.2 在線檢測(cè)的軟件設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制，還要使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序的編制。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要分別完成采集程序、數(shù)據(jù)處理程序和通訊程序的編寫，并且使用模塊化結(jié)構(gòu)完成測(cè)試軟件設(shè)計(jì)。所以，系統(tǒng)測(cè)試軟件由初始化程序、主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和機(jī)構(gòu)控制程序等組成。系統(tǒng)主程序主要用于計(jì)算和處理采集到的數(shù)據(jù)，從而完成鉑熱電阻的電阻值求取，并且進(jìn)行電阻比和測(cè)試結(jié)果的顯示。初始化程序需要完成采集板接口、單片機(jī)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的初始化，機(jī)構(gòu)控制程序需要完成機(jī)械機(jī)構(gòu)控制，數(shù)據(jù)采集程序用于進(jìn)行電阻電壓值的采集，數(shù)據(jù)處理程序用于進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果顯示、誤差校正和數(shù)字濾波等。按照系統(tǒng)軟件測(cè)試流程，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，會(huì)先進(jìn)行初始化。自檢通過后，系統(tǒng)會(huì)控制機(jī)械進(jìn)給，然后確認(rèn)是否達(dá)到延時(shí)時(shí)間。如果達(dá)到延時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)模擬開關(guān)0將打開，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻電壓值采樣。完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)，系統(tǒng)模擬開關(guān)1將被打開，然后進(jìn)行待測(cè)鉑熱電阻電壓值采樣，并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在同一時(shí)刻，系統(tǒng)將進(jìn)行連續(xù)5次采樣。最后，系統(tǒng)模擬開關(guān)將關(guān)閉，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)被傳送至采集芯片，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后會(huì)在屏幕上顯示出來。

使用該種在線檢測(cè)方法進(jìn)行鉑熱電阻檢測(cè)，由于使用的數(shù)據(jù)采集芯片為24位，分辨率能夠達(dá)到1/16777216。而系統(tǒng)輸入信號(hào)的總量程為2.5V，所以分辨率對(duì)應(yīng)的模擬電壓為0.149μV。綜合考慮輸入信號(hào)精度和信號(hào)處理精度，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)精度將能得到7位有效數(shù)據(jù)，因此能夠滿足鉑熱電阻的檢測(cè)需要。

結(jié)論：總之，鉑熱電阻具有較高的精度，并且測(cè)溫穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的抗沖擊性能，所以在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。而使用在線檢測(cè)方法進(jìn)行鉑熱電阻的檢測(cè)，則能夠快速完成鉑熱電阻測(cè)量精度的檢測(cè)，從而更好的進(jìn)行鉑熱電阻的使用。因此，相信本文對(duì)鉑熱電阻的在線檢測(cè)方法展開的探討，可以為相關(guān)工作的開展提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉剛，陳樹新.基于STM32的鉑熱電阻橋式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表，2014，01：53-56.

[2]于鑠航，李建新，賀琳.基于Pt100鉑熱電阻的測(cè)溫電路設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2014，06：113-115.