温度检测系统中的新器件-XTR105

　　1　概述

　　温度检测是工业检测和过程控制中常用的技术,它主要由三部分组成:温度传感器;连接电缆;温度显示或控制装置。温度传感器Pt100型铂热电阻(RTD)具有稳定性好、温度范围宽、抗震动、抗冲击等优点。在0~850℃范围内,其阻值Rt=100(1+at + bt2),式中:a =3·90802×10-3℃-1,b =-5·80195×10-7℃-2。然而,采用RTD设计测温系统时必须考虑以下问题。

　　1·1线路电阻对测量精度的影响

　　由于RTD的电阻分度数很小(Pt100的分度数只有0·390802Ω/℃),因此在温度-电压信号测量系统中,线路本身电阻对测量精度产生很大影响。线路电阻RLINE实际上由两部分组成:

　　RLINE=RLN+RJC(t),其中RLN是传感器与仪器之间连接电缆的电阻值,这对固定系统是一个定量。

　　RJC(t)是接插件的接触电阻。在设计检测电路时,要消除RLN的影响比较容易,而要消除RJC(t)的影响就很难,因为它是可变的。仪器中插件板拔插前后接触电阻值很可能不一样,插件接触面时间氧化也将使接触电阻发生改变,所以RJC(t)的存在影响了整个测温系统的准确性。

　　1·2　RTD电阻的非线性

　　从式Rt=100(1+at+bt2)中可以看到,RTD电阻值随温度的变化并非线性关系,式中存在着二次项bt2,影响着温度测量的精度。

　　采用XTR105芯片组成的温度-电流变送器,可以很好地解决上述问题。在传感器端装一个温度-电流变送器,将RTD电阻值随温度的变化量转换成电流信号,通过电缆传送至仪器中的取样电路,由于该电流值仅与RTD阻值有关,与线路电阻RLINE无关,从而消除了线路电阻产生的误差。同时XTR105也具有良好的线性补偿功能,可以很好地补偿二次项bt2,从而提高测量精度。

　　XTR105为单片式4~20mA电流变送器,其主要特点是:

　　外围电路简单,可两线制连接,也可三线制连接;

　　电源电压范围宽(7·5~36V);

　　可对RTD线性化;

　　高PSR:110dBmin,高CMR:86dBmin。

　　2　XTR105的内部电路及应用连接

　　XTR105的内部电路和外部基本连接方式如图1和图2所示。Vps为整个电路提供电压,输出电流I0在经过取样电阻RL后变为电压信号供采样使用。其大小只与RTD电阻值有关,而与线路电阻RL无关(RL在一定范围内)。

　　XTR105中采用两个0·8mA精度电流源对RTD进行激励,RZ为调零电阻。通过调零电阻,通过仪器放大器测量出RTD和RZ之间的电位差。RZ值为RTD的下限温度电阻值,调节RZ可使XTR105在温度下限时输出4mA电流。RCM向XTR105提供一个共模电压。RCM两端并上0·01μF电容,可减小噪声。电阻RG可根据设计的测温范围而设定,它决定着放大器的放大倍数。

　　RLIN1提供正反馈,对RTD电阻中的二次项进行补偿,它可以使RTD的非线性大大改善,改善前后的非线性比可达40:1。