Środki mające na celu poprawę dokładności pomiaru rezystorów termicznych i termopar!

2.2 Środki w celu poprawy dokładności pomiaru termopar
Podobnie jak w trzech przewodowych metodach zrównoważonego mostu, napięcia wyjściowe V1 i V2 obwodu pokazanego na rysunku 2 są stosunkowo niewielkie, a przed konwersją A/D należy dodać wzmacniacz napięcia. Napięcie odniesienia VR jest ogólnie dostarczane przez precyzyjne źródło napięcia stałego w celu zapewnienia stabilnego sygnału napięcia. Ponadto, gdy oprogramowanie MicroController wybiera odpowiedni algorytm i długość słów w obliczeniach matematycznych, błąd obliczeniowy można również zignorować. Jednak współczynnik wzmocnienia i RV obwodu wzmacniacza będą się różnić w zależności od składnika, szczególnie w produkcji masowej, gdy dokładność komponentów jest trudna do zapewnienia jednolitości. Dlatego w przypadku określonego obwodu wejściowego należy również wziąć pod uwagę błędy spowodowane przez i RV.
Aby wyeliminować błędy spowodowane przez i RV, metodę kalibracji można zastosować do automatycznego kalibracji i obliczenia wartości obwodu i RV podczas produkcji instrumentów, a następnie te dwa parametry są rejestrowane w nielotnej pamięci instrumentu. Gdy instrument mierzy temperaturę, parametry są odczytywane i obliczane zgodnie z wzorem (1) w celu uzyskania dokładnej zmierzonej temperatury.
Jeśli długi drut na ryc. 2 zostanie zastąpiony najkrótszym możliwym drutem (tj. R =0), a rezystor termiczny RT jest zastąpiony precyzyjnym rezystorem R, VAD jest napięciem odniesienia konwertera A/D, jest współczynnikiem powiększenia napięcia, a reszta pozostaje niezmieniona::

W wzorze (4) r jest precyzyjnym rezystorem o znanej wartości oporności; D jest wynikiem konwersji A/D, którą można łatwo odczytać z urządzenia wyświetlania instrumentu; VR i VAD są napięciami odniesienia, które są stałymi; to całkowity współczynnik powiększenia obwodu; K jest współczynnikiem proporcjonalnym konwersji A/D, takiego jak K =214 dla konwertera bit A/D. Następnie są tylko dwa niewiadome RV i w wzorze (2). W przypadku specyficznego obwodu wejściowego, jeśli dwa precyzyjne rezystory R1 i R2 ze znanymi wartościami rezystancyjnymi są podłączone do obwodu pokazanego na ryc. 2 do kalibracji (podczas kalibracji, spróbuj utworzyć R =0), można uzyskać zestaw dwóch równań liniowych. Zatem dla określonego obwodu wejściowego i RV można rozwiązać z równań, a wyniki są następujące:

Powyższą metodę kalibracji można podsumować w następujący sposób: Dwa precyzyjne standardowe rezystory R1 i R2 ze znanymi wartościami rezystancyjnymi są podłączone odpowiednio z zaciskami wejściowymi przyrządu, a rezystancja przewodu łączącego jest minimalizowana tak bardzo, jak to możliwe. W tym czasie rejestrowane są odczyty instrumentów D1 i D2, a nieznane parametry i RV skalibrowanego instrumentu można obliczyć, zastępując je na wzorem (5). W użyciu zaleca się użycie tego samego źródła odniesienia dla VR i VAD, aby obliczenia w wzorze (5) było niezależne od dokładności napięcia odniesienia. Ta metoda zmniejsza różnice między różnymi źródłami odniesienia, zwłaszcza wpływ dryfu czasu i dryfu temperatury różnych odniesień.
2.3 Obwód pomiarowy
Rycina 3 jest przednim obwodem wejściowym systemu pomiaru temperatury PT100 PT100, w którym napięcie odniesienia PT100 i napięcie odniesienia konwertera A/D ICL7135 są tym samym źródłem odniesienia napięcia. Dwa sygnały wejściowe pomiaru V1 i V2 PT100 są wzmacniane przez ten sam wzmacniacz operacyjny (1+ R3/R4), a następnie wprowadzają konwerter A/D. Do wyboru kanału używany jest mikro przekaźnik K1. Ta metoda podziela wzmacniacz operacyjny, konwerter A/D i źródło napięcia odniesienia, zmniejszając wpływ różnic między różnymi urządzeniami na wyniki pomiaru. Wynik konwersji A/D ICL7135 jest podłączony do mikrokontrolera w trybie szeregowym, który może znacznie zapisać port IO mikrokontrolera. Podczas kalibracji obwodu do kalibracji stosuje się rezystory standardowe 100 Ω i 300 Ω, a wyniki kalibracji i RV są przechowywane w EEPROM układu mikrokontrolera. W rzeczywistym pomiarze system mikrokontrolera usuwa i RV jako znane wartości i oblicza wartość RT rezystancji według wzoru (3).

2.4 Analiza testu obwodu pomiarowego

W porównaniu z trzyosobową metodą zrównoważonego mostu, wyniki wykrywania tego obwodu zostały znacznie ulepszone. Tabela 1 jest porównaniem standardowych wartości oporności mierzonych dwiema różnymi metodami. Wśród nich R jest odpornością na linię.

Z tabeli 1 można zauważyć, że teoretyczne wyniki pomiaru trójprzewodowej metody zrównoważonego mostu mają duże błędy, a błąd spowodowany wzrostem oporu linii R jest większy. Wraz ze wzrostem wartości rezystancji opornego oporu termicznego wzrasta również błąd bezwzględny. W tabeli 1 błąd bezwzględny wynosi 2,57%, gdy zmierzona rezystancja RT =300 ω i rezystancja linii r =20 ω. Rzeczywiste wyniki pomiaru ulepszonej metody trzyosobowej zastosowanej w tym artykule mają bezwzględny błąd tylko 0. 3 Ω i błąd względny ± 0. 1% w mierzonym zakresie danych. Konwerter A/D zastosowany w obwodzie jest jedynie równoważny z dokładnością konwersji Bit A/D. Jeśli zastosowano większą precyzję konwerter A/D, można osiągnąć wyższą dokładność pomiaru. W rzeczywistym przyrządu do pomiaru temperatury czujnika termicznego konieczne jest również dodanie powiązanego programu, który przekształca zmierzoną rezystancję w odpowiednią temperaturę. Oznacza to, że po mierzeniu RT rzeczywistą wartość temperatury można dokładnie rozwiązać według wzoru (1).

3 Wniosek

Metoda zrównoważonego mostu z trzyosobowego mostu jest szeroko stosowana w pomiarze rezystora termicznego, ale istnieje problem, że nie można wyeliminować błędu pomiaru spowodowanego rezystancją ołowiu czujnika. W niniejszym dokumencie analizuje problemy istniejące w zrównoważonej metodzie mostu do pomiaru rezystorów termicznych, proponuje metodę pomiaru trójrejowego podziału napięcia, analizuje przyczyny i czynniki wpływające na błąd obwodu pomiarowego, wyprowadza i ustanawia wpływające parametry i formuły oporności, które mają być pomiarowe. Mikrokomputer z pojedynczym układem. Wreszcie dokładność testu zaprojektowanego obwodu jest testowana i określana. Test pokazuje, że gdy trzy-przewodowa zrównoważona metoda mostu mierzy standardową wartość rezystancyjną 1 0 0 ~ 300}, a rezystancja linii wynosi 0 ~ 20 Ω, błąd pomiaru **** osiąga 2,57%, podczas gdy zrównoważony błąd pomiaru trzech wire wynosi tylko ± 0,1%. Zatem uzyskuje się wysokowydajny obwód pomiaru rezystora termicznego.