温度测量系统.doc

温度测量系统 From:Lake 测量某些系统的温度。做出准确的测量以及得到要求的结果取决于多种因素。来自LAKE SHORE的报告在决定终端用户温度测量准确性仅仅是第一步。 除精确性外其他一些测量术语都是很不确定的。测量本身和评估测量的错误是很简单的。有更小的误差被认为是更精确的。在评估用户系统中的误差时，第一步就是校准本身。本质上，校准就是一系列电阻和电压的测量，这些电阻和电压是关于一个未知的传感器和一个相关的已经确定的温度。通过测量安装、仪器等的不确定性，总的不确定性将被评估。用户可以期待的精确性取决与许多因素： 设计错误：系统能否被传感器所测量？ 在设计和传感器的安装的过程中会产生一些错误。例如，传感器能否被安装到或是接近被测的样本可能是一个设计错误。如果安装的太远，可能由于样本的热导率导致稳偏，如是否用一个太大的传感器去测量很小的样本。众多的传感器散发的热量可能使样本的温度偏移。 设计错误同样适用于传感器的物理结构。这将影响传感器的重复性，有一些传感器比其他的更脆弱并且更容易受到物理损害。 安装和环境误差：传感器和系统本身的相互作用影响测量？ 这应该包含安装错误和环境影响两部分。如果没有适当地散热，这将对传感器带来热负担。它将会对传感器的测量和采样的精度产生影响。如果热泄露非常大，当直接测量时，它使温度的读取出现偏差。其他的相互作用包括热辐射、电磁场和放射线。 操作和使用仪器的错误 操作和仪器错误：仪器是否引进错误到测量中？ 仪器对于测量的整体质量是非常重要的。两路或思路的选择、激发电流、手段的选择以及精确性都影响测量。加之，接地错误，RF噪音组合、热电动势都可能引进噪音。 错误可以分为两类： 类型一：TYPE:可以被统计学方法评估的错误 类型二：TYPE:可以被其他方法评估的错误 由仪器产生的大部分的随机错： 在电流源和电压测量中的不确定性。设计、安装和环境的误差是整体的，例如，传感器在电磁场中会对测量产生一个偏移，其可以通过预先的信息或其他的直接测量方法被评估。RF噪音既可能源自随机误差也可能源自系统误差，因为在极端的低温测量中，附加的噪声可以加热传感器从而产生一个偏移。 安装 两路对四路可能产生非常大的测量误差。即使正确的安装、所有的设备都采用低热设计依然可能产生系统误差。安装的问题将在目录C陈述。 环境的影响 温度传感可能因为环境的变化而受到影响。例如电磁场、电离辐射、压力变化、湿度或其他一些环境的化学变化。最常见的是电磁场和辐射，这些影响已经在前面论述过了，这些环境的影响将对温度的测量产生一个系统的偏移。 仪器 两路对四路电阻和二极管温度传感器的测量需要对温度传感器施加一个电流从而产生一个传感器的电压。最简单的测量结构如图一所示。电流源可以人为是理想的电流源和一个电阻，电压表一边是数字的可以作为一个理想的电压表和一个输入电阻。 在两路测量电路中最明显的误差来源是连接电流源到温度传感器的导线。一般，具有晓得直径且电阻明显的每单位长度导线被认为是可以使热流最小的。导线同样有它自己的电阻温度灵敏度。 同等的导线误差取决于传感器的类型和传感器的灵敏性。100欧的RTD在温度在273.15K时有一个名义上的电阻100欧。IEC751代表温度敏感性，对于白金RTD温度在273.15到373.15K时0.385欧/K,一个10欧的电阻可能产生一个26K的误差。当温度下降时，导线电阻的影响变得更大，因为白金传感器的温度敏感性随者温度的下降而下降。由于有公共的电流和电压接触，温度传感器的寄生电阻是很小的。即使如此，在低温测量中，对于100欧的导线电阻所产生的误差至少为3MK，因为导线对温度具有一定的依赖性，误差可能更大。表一显示了典型的两路测量误差。 为了消除导线所产生的偏移，经常用四路测量，I+和I-两路为传感器提供电流，其他两路V+和V-通过测量传感器导线电压消除导线偏移。如此设计方案是因为在电流线中的IR的下降没有被测量，伏特计只需很小的电流，所以在电压线中的压降是很小的。二极管温度传感器测量需要一个10UA的电流源和一个伏特计。在有阻测量中，最显著的误差是导线电阻，在电流为10UA时，100欧的电阻将产生一个1MV的电压误差。因此除非导线电阻可以显著的较小或结果误差可以被容忍，否则推荐使用四路测量。 1070电阻器在导线电阻100欧时典型的误差 温度 电阻 Dr/Dt(xx) mk 4.2 52244 -33321 -3.0 20 2158.6 -200.70 -498 100 317.44 -4.908 大 300 68.949 -0.3052 非常大 表格一 伏特计输入阻抗 伏特计的输入阻抗在二路和四路测量中一般都不是问题，现在的伏特计一般输入阻抗都可以达到或，其可以和传感器的电阻几乎一样。因此，输入阻抗为的伏