提高铂电阻温度计测量精度的方法研究

　　0　引言

　　铂电阻温度计因其测温范围宽、准确度高、性能稳定、测控温系统组成灵活而在温度测量领域得到了广泛的应用。目前温度测量中最常用的温度传感器是Pt100四线制铂电阻温度计,根据JJG229-98《工业铂、铜热电阻》检定规程的规定,A级铂电阻的允许偏差为±(0.15+0.002 t )℃,规程给出的分度表是以1℃为间隔的电阻-温度关系表。所以,对合格的A级铂电阻温度计,若直接采用查表的方法计算温度值,其误差较大,不能满足高精度测量对铂电阻温度计测量准确度的要求。

　　本文从铂电阻温度计的校准方法着手,结合实际工作经验,对其测温结果进行研究,通过对比,给出了使用铂电阻温度计在-60～650℃温度范围内进行高精度温度测量的方法。

　　1　铂电阻温度计检定结果分析

　　本文所研究的铂电阻温度计符合如下电阻-温度关系:

　　对于-200～0℃的温度范围:

式中:R(t)为温度为t时铂电阻的电阻值,Ω;t为温度,℃;R(0)为温度为0℃时铂电阻的电阻值,Ω;A,B,C为常数。

　　由JJG229-98《工业铂、铜热电阻》检定规程可知,公式(1),(2)中的常数A=3.9083×10-3℃-1;B=-5.775×10-7℃-2;C=-4.183×10-12℃-4时,其电阻-温度关系符合附录给出的分度表。对于A级Pt100铂电阻温度计,检定点为0℃,100℃,必要时在t点检定,当电阻温度系数α超差,0℃,100℃点的允许偏差均合格时,增加上限温度点或300℃点检定,其热电阻实际电阻值对分度表标称电阻值以温度表示的允许偏差为±(0.15+0.002 t )℃,其电阻温度系数α对标称值α=0.003851的偏差为±0.000006。

　　根据以上技术指标,合格的A级Pt100铂电阻温度计在-60℃的允许偏差为±0.27℃,在300℃的允许偏差为±0.75℃,在650℃的允许偏差为±1.45℃。这样大的偏差,降低了由铂电阻温度计作为传感器的测温系统的准确度,限制了Pt100铂电阻温度计的应用范围。为了提高温度测量的准确度,我们另辟蹊径,研究出一种新的确定Pt100铂电阻温度计测温特性的方法,并在此基础上提出新的高精度测温方法。

　　2　确定Pt100铂电阻温度计测温特性

　　Pt100铂电阻温度计的电阻-温度关系符合公式(1),(2),对于任意的Pt100铂电阻温度计,都可以通过校准,确定其特有的公式(1),(2)中的常数A,B,C。将Pt100铂电阻温度计置于冰点槽、水沸点槽(或同温油槽)、铟凝固点槽(或同温油槽)进行校准,即在0℃,100℃,156.60℃温度下测量其电阻值为R(0),R(100),R(156.60),将此值代入公式(2)得如下方程:

　　对于公式(1),C值的确定则比较麻烦。首先分析高阶项R(0)C(t-100)t3对电阻值的影响。表1给出了-5～-60℃每间隔5℃,高阶项R(0)C(t-100)t3的数值。