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不平衡电桥测温电路里下面的这个二极管起什么作用

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楼主: chen3ten
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qzlbwang| | 2013-2-24 16:51 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览
其实对于PT100测温来说,当被测温度范围比较小时一般不需要进行非线性补偿。而范围比较大或对精度要求比较高时则需要作非线性补偿。补偿用 查表+插值 的方法可以补偿得比较好,如果这个表不是预先认为设置的,而是在校准时进行所谓的“学习”(就是设计一段程序,进行若干个特殊点的“学习”,然后将“学习”所得到的数据在EEPROM里建立“表”)的话,那么连检测电路产生的非线性等因素都一并都“学习”和补偿了。

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windh1| | 2013-2-24 20:12 | 只看该作者
先考虑静态境况,将R4,R5断路,假设测温点的温度恒定,由于电阻为正温度系数,而二极管是负温度系数,两者可以进行一定补偿,以保证R1,R2部分电路的电流基本恒定,所以只要测温点温度变化,则就可以被差动放大电路所检测到。
如果没有二极管而直接接地,那么温度变化时,Pt100的电流就随着R1,R2的电流变化而变化,进而带来测量的误差。
因此,二极管的作用就是进行一定的温度补偿,而提高测量的精度。

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qzlbwang| | 2013-2-24 20:51 | 只看该作者
windh1 发表于 2013-2-24 20:12
先考虑静态境况,将R4,R5断路,假设测温点的温度恒定,由于电阻为正温度系数,而二极管是负温度系数,两者 ...

1、电阻的温度系数是多少?一般电阻为:±(100~200)PPM,精密电阻为:5PPM、10PPM、15PPM、25PPM、50PPM。那么请问到底选哪档的才会与二极管的温度系数相补偿呢?
2、就算是确定了电阻的某一档的电阻温度系数,那么请问:电阻所标称的温度系数是±50PPM的话,那到底是+50PPM呢还是-50PPM呢?
3、就算是确定了是+50PPM的话,那么又请问:说是+50PPM的话,是在整个温度区间都是均匀变化的吗(也就是在温度范围内的任何温度下都是+50PPM)。呵呵,难道温飘指标不是指其温飘不超过这个范围吗?
4、你去计算下看看:二极管的电压变化100mV(这个够大了吧?在其他假定不变的情况下)后,其差分输出电压又能变化多少?又能补偿多少呢?
5、你有怎么能保证二极管的温度补偿能正好(或比较接近)电阻产生的温度漂移呢?
想想清楚吧!搞技术的都要严谨,有依据的,不能靠臆想!

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windh1| | 2013-2-24 20:59 | 只看该作者
qzlbwang 发表于 2013-2-24 20:51
1、电阻的温度系数是多少?一般电阻为:±(100~200)PPM,精密电阻为:5PPM、10PPM、15PPM、25PPM、50PP ...

你可与谈谈自己的看法,就像偶在这里说的,用不着用“想想清楚吧!搞技术的都要严谨,有依据的,不能靠臆想!”的指责性质的字眼,ok?
你不懂,可以问,如此说话,换成你,你愿意回答吗?

虽然你比较无礼,但偶还是可以告诉你,有补偿肯定比没有补偿好的多,虽然不能指望像电压基准那样的几乎万完全补偿,但比没有强的多!电子技术中,如此做法,还是不鲜见的!

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qzlbwang| | 2013-2-24 21:11 | 只看该作者
呵呵,你可以讲道理,好好回答我的那几点问题,以理服人,只要你可以比较有依据地回答了我的上述几点提问,那就是我不懂,拜你为师怎么样?而不是一句“有补偿肯定比没补偿好的多”了事!技术讨论(或争论)并不是坏事,并没有指责的意思,如果你要那么认为那么我在此向你公开道歉。

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windh1| | 2013-2-24 21:28 | 只看该作者
本帖最后由 windh1 于 2013-2-24 21:51 编辑
qzlbwang 发表于 2013-2-24 21:11
呵呵,你可以讲道理,好好回答我的那几点问题,以理服人,只要你可以比较有依据地回答了我的上述几点提问, ...

Ok,首先,电阻的精度温度系数问题,并非你所理解的那样的一个电阻的精度温度系数是不稳定的,动辄就发生变化的。精度只是说批量产品,抽测结果是1%等,这就是说某个电阻的精度可以是0,而温度系数25ppm,也完全可能是0,所以一批产品里,找到0精度0系数的可能性是存在的。事实上,生产线就像一个 开环控制系统 ,按设备工艺,理论上实践上,就可以生产1%精度的电阻。如果厂商没有给出更多的参数,那么我们可以认为这个电阻,例如100R,精度1%,而实测是99R,温度系数25ppm,那么如果就是要用99R的电阻,那么精度就是0% 而非1% ,温度系数也是一样的道理。既然没有给出其他参数,那么温度就是导致电阻变化的主要因素,而并非你所理解的99R的电阻,莫名其妙地就变为了98R,而变化只能主要认为温度变化引起。

假如电阻的温度系数是25ppm,那么就一般情况而言,电阻是正温度系数的,虽然氧化物的电阻可能是负温度系数,但至少过去电阻时正温度系数的,在需要使用证温度系数时,可能要进行实测,以保证的确是这个ppm,或在一定范围内是这样。

在这个问题里,需要进行下近似处理,将R4,R5断开考虑,而且侧温度温度恒定,例如25度情况下的标定。如果电流设置为2mA,二极管1mA的压降为0.5V,pt100为110R,电源电压为5V时,电阻为4.5k,取R1,R2为4.3k,R3为110R,变化1度,电阻变化0.1R,即0.1mV,这里假如二极管温度系数为-0.1mV/度(虽然实际情况-2mV左右),于是得到完全补偿。虽然这是个近似计算,但主要是令你了解此类问题的一般做法!仅此而已!

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百川| | 2013-2-24 22:37 | 只看该作者
qzlbwang 发表于 2013-2-24 11:39
不知道某些朋友是怎么想的:
1、PT100的非线性与环境温度有关系吗?——①PT100可是只处在被测环境中,并非 ...

老兄,你说的没错,特别说到在AD后根据PT100的分度表进行软件补偿的确更准确的方法。
但:根据PT100的非线性和二极管的非线性在这个电路里的确正好补偿,(原理你也清楚,当然这个二极管要封装在PT100一起而不是环境温度)。关于你说的二者之间的非线性度是不是正好补偿,我没时间去计算这二者的非线性度,我只是从二者的原理性上定性分析得出这个二极管的确正是补偿PT100的非线性,关于定量分析是不是少补还是超补了?等有时间再去研究。

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qzlbwang| | 2013-2-24 22:40 | 只看该作者
呵呵,你自己也说了:“而温度系数25ppm,也完全可能是0 ,所以一批产品里,找到0精度0系数的可能性是存在的”,也就是说温度系数指标是指一批产品温度系数的考核值,超过了这个值是不合格的,而在这范围内则是合格的,对吗?那么就请问:你咋知道你用的这只电阻的温度系数到底是多少呢?而且还能被你所补偿呢?这个补偿意义大吗?也许有一部分有补偿效果,还有一部分没啥明显效果,另外一部分,哪怕是很小一部分也许补偿了反而差了。难道不是吗?
二极管在环境温度的变化范围内其压降又能变化几mV呢?反映到电桥的差分输出又有多少呢?你好好算算看看。

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qzlbwang| | 2013-2-24 22:47 | 只看该作者
百川 发表于 2013-2-24 22:37
老兄,你说的没错,特别说到在AD后根据PT100的分度表进行软件补偿的确更准确的方法。
但:根据PT100的非 ...

呵呵,封装在一起,要知道PT100可以工作的温度可以达到660°C,请问二极管可以吗?如果不可以哪这补偿方法还具有一般地普遍意义吗?
何况,你还没算算看其补偿的效果到底怎么样呢(哪怕是有依据的合理估算)?

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qzlbwang| | 2013-2-24 23:14 | 只看该作者
而程序补偿是有根有据的,补偿效果也好,成本也是0,那为什么还要用那不靠谱的所谓补偿呢?多个器件多个故障源哦。

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qzlbwang| | 2013-2-24 23:17 | 只看该作者
本帖最后由 qzlbwang 于 2013-2-24 23:26 编辑

好一句认真挑选器件!要知道挑选器件的成本不低!这可是挑选电阻的温度系数呀!乖乖。。。真的需要这环境温度补偿的话,可靠的方法并不是没有。只要需要!

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qzlbwang| | 2013-2-24 23:22 | 只看该作者
呵呵,该讲的已经讲那么多了,俺也认为讲得够清楚了,再辨下去也没什么必要。一个简单的问题要用这么多所谓的理由来圆场,呵呵。。。。。有意思!

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百川| | 2013-2-24 23:54 | 只看该作者
qzlbwang 发表于 2013-2-24 22:47
呵呵,封装在一起,要知道PT100可以工作的温度可以达到660°C,请问二极管可以吗?如果不可以哪这补偿方 ...

你怎么知道它只能用在600度左右,不可以用在100度200度吗???
都说这是定性分析不是定量研究:补偿非线性是对的,温度上升时一个往下平缓另一个往上趋陡,正好是补偿。
楼上有位说的很好了,分立元件这样粗略的补偿已经不错了,人家电路可能就没AD后的程序呢。
关键的问题是有没有补偿作用,别老纠缠准确度。吃饭饱了就行别管吃几两几钱的,那是砖家研究的事情。

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garin223 2013-3-1 15:57 回复TA
very good 
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qzlbwang| | 2013-2-25 00:19 | 只看该作者
百川 发表于 2013-2-24 23:54
你怎么知道它只能用在600度左右,不可以用在100度200度吗???
都说这是定性分析不是定量研究:补偿非线 ...

别误会!我是说他可以工作的范围可以达到600多°C,没说不可以用在100°C!用在200度?有点勉强吧?就算可以,那应用范围是否窄了点?具有通用性吗?呵呵共模电压到是变化了不少,但是差模电压呢,又能补偿多少?补偿就靠毛估估?总要有个大概吧?

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elec921| | 2013-3-1 13:07 | 只看该作者
哈哈  怎么这么纠结呢? 难道不动脑子?
谨慎起见,楼主把全图贴出来吧。
我没猜错的话,后级电路两种可能:
1、后面是运放。运放单电源供电。
2、后面接单片机的片内的差分ADC。ADC的参考就是此电路的参考电压REF

第一种可能性极大


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qzlbwang| | 2013-3-1 19:30 | 只看该作者
windh1 发表于 2013-3-1 18:12
貌似你还是末明白。PT100的位置可能在化学反应罐里,而电阻和二极管是放在控制室等地方的,所以几十度的 ...

呵呵,那么就请你实际计算比较一下未用该二极管时的温度系数和用了该二极管管进行温度补偿后的温度系数,假定电阻的温系数都是+50ppm的话。(也不用算多,就算PT100的电阻为100Ω——对应于0°C的被测温度和200Ω——对应于大约266°C的被测温度;环境温度就用0°C和40°C)数据说明一切。(二极管的温度系数一般在-(2~2.25)mV/°C,在这范围内任由你选)

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qzlbwang| | 2013-3-1 19:34 | 只看该作者
windh1 发表于 2013-3-1 18:30
认真挑选器件,研发样品之处,就要这样做。批量生产就需要使用例如0.1%,10ppm的电阻,以降低人工选择成 ...

既然知道批量生产用挑选不合适,还不如适当提高电阻精度来的合算,那么这补偿有意义吗?
既然知道电阻的温度系数可以是正也可以是负,那么又怎么能保证这个补偿会减少误差呢,难道就没有可能越补偿越差吗?

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xukun977| | 2013-3-1 20:10 | 只看该作者

一般来说,在原电路的基础上作某种改进,比如说这里加了个Diode,可能会影响原电路的各种参数,但是受影响的众多参数中,只有一个或有限的几个才是初衷,其余的都是"副产品"。
所以尽管公说公有理,婆说婆有理,且都不算错,但只有一个人能说到点子上去。真相可能要原电路设计人员来揭晓了。
站在我们外行的角度看,补偿说有点勉强。

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qzlbwang| | 2013-3-1 21:20 | 只看该作者
windh1 发表于 2013-3-1 20:36
方法前面已经说的很清楚了,你明白就明白,不明白也无所谓。
作为一种近似计算,很简单,就是在一定电流 ...

朋友,别轻易就说别人不懂之类,你自己去算算看就明白该怎么分析了。
告诉你结果是:不同的被测温度下,你所说的所谓的“补偿”其补偿量是不一样的,且很多情况下还不如不补偿的误差小!这“补偿”到底是越补偿误差越小呢还是越大呢?这补偿有意义吗?

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qzlbwang| | 2013-3-1 21:35 | 只看该作者
简单说,该“补偿”用的二极管的正向压降的变化(受温度影响),影响了测量桥的激励电压(供电电压),那么其输出的的差分电压也会受其影响,但受影响的程度除了与二极管的正向电压变化外,还与电桥的不平衡程度有关(指影响的差分输出的绝对变化值),那就会造成一个现象:不平衡度越大(如被测温度越高),“补偿”量越大,反之则越小,也就是说其“补偿”量与被测温度有关。呵呵,原本是想用来补偿所谓的电阻温度系数的,却又与被测温度相关了!如果再去进行下“定量分析”,就可以发现,在被测温度比较高的大多数范围内,其“补偿”大大超过电阻温度系数带来的误差,也就是存在着严重的“过补偿”现象,呵呵,这是“补偿”的目的吗?难道需要越补偿误差越大吗?

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