Măsuri pentru îmbunătățirea preciziei de măsurare a rezistențelor termice și a termocuplelor!

2.2 Măsuri pentru îmbunătățirea preciziei de măsurare a termocuplelor
Similar cu metoda puntelor echilibrate cu trei fire, tensiunile de ieșire V1 și V2 ale circuitului prezentat în figura 2 sunt relativ mici și ar trebui adăugată un amplificator de tensiune înainte de conversia A/D. Tensiunea de referință VR este, în general, furnizată de o sursă de tensiune constantă de precizie pentru a oferi un semnal de tensiune stabil. În plus, atunci când software -ul microcontroller selectează un algoritm adecvat și lungimea cuvântului în calcule matematice, eroarea de calcul poate fi, de asemenea, ignorată. Cu toate acestea, factorul de amplificare și RV al circuitului amplificatorului vor varia de la componentă la componentă, în special în producția de masă, când precizia componentelor este dificil de asigurat uniformitatea. Prin urmare, pentru un circuit de intrare specific, trebuie luate în considerare și erorile cauzate de și RV.
Pentru a elimina erorile cauzate de și RV, metoda de calibrare poate fi utilizată pentru a calibra și calcula automat valorile circuitului și RV în timpul producției de instrumente, iar apoi acești doi parametri sunt înregistrați în memoria non-volatilă a instrumentului. Când instrumentul măsoară temperatura, parametrii sunt citiți și calculați în funcție de formula (1) pentru a obține o temperatură măsurată exactă.
Dacă firul lung din figura 2 este înlocuit cu cel mai scurt fir posibil (adică r =0), iar rezistența termică RT este înlocuită de un rezistor de precizie R, VAD este tensiunea de referință a convertorului A/D, este factorul de mărire a tensiunii, iar restul rămâne neschimbat, apoi::

În Formula (4), R este un rezistor de precizie cu o valoare de rezistență cunoscută; D este rezultatul conversiei A/D, care poate fi citită cu ușurință de pe dispozitivul de afișare a instrumentului; VR și VAD sunt tensiuni de referință, care sunt constante; este factorul total de mărire a circuitului; K este factorul proporțional al conversiei A/D, cum ar fi K =214 pentru un convertor 14- bit a/d. Apoi, există doar două necunoscute RV și în formula (2). Pentru un circuit de intrare specific, dacă două rezistențe de precizie R1 și R2 cu valori de rezistență cunoscute sunt conectate la circuitul prezentat în figura 2 pentru calibrare (atunci când se calibrează, încercați să faceți r =0), se poate obține un set de ecuații liniare cu două variații. Astfel, pentru un circuit de intrare specific, iar RV poate fi rezolvat din ecuații, iar rezultatele sunt următoarele:

Metoda de calibrare de mai sus poate fi rezumată după cum urmează: Două rezistențe standard de precizie R1 și R2 cu valori de rezistență cunoscute sunt conectate la terminalele de intrare ale instrumentului, iar rezistența firului de conectare este minimizată pe cât posibil. În acest moment, sunt înregistrate citirile instrumentului D1 și D2, iar parametrii necunoscuți și RV -ul instrumentului calibrat pot fi calculați prin înlocuirea lor în formula (5). În utilizare, se recomandă utilizarea aceleiași surse de referință pentru VR și VAD, astfel încât calculul în formula (5) este independent de exactitatea tensiunii de referință. Această metodă reduce diferențele dintre diferite surse de referință, în special influența derivării timpului și a derivării temperaturii diferitelor referințe.
2.3 Circuitul de măsurare
Figura 3 este circuitul de intrare frontal al sistemului de măsurare a temperaturii PT100 de înaltă precizie, în care tensiunea de referință PT100 și tensiunea de referință a convertorului A/D ICL7135 sunt aceeași sursă de referință de tensiune. Cele două semnale de intrare de măsurare V1 și V2 ale PT100 sunt amplificate de același amplificator operațional (1+ R3/R4) și apoi introduceți convertorul A/D. Micro Releul K1 este utilizat pentru selecția canalului. Această metodă împărtășește amplificatorul operațional, convertorul A/D și sursa de tensiune de referință, reducând impactul diferențelor dintre diferite dispozitive asupra rezultatelor măsurării. Rezultatul de conversie A/D al ICL7135 este conectat la microcontroller în modul serial, care poate salva foarte mult portul IO al microcontrolerului. Atunci când calibrează circuitul, sunt utilizate rezistențe standard 100Ω și 300Ω pentru calibrare, iar rezultatele calibrării și RV sunt stocate în EEPROM -ul sistemului microcontroller. În măsurarea efectivă, sistemul microcontroller preia și RV ca valori cunoscute și calculează valoarea RT de rezistență după formula (3).

2.4 Analiza testului circuitului de măsurare

În comparație cu metoda puntelor echilibrate cu trei fire, rezultatele de detectare ale acestui circuit au fost mult îmbunătățite. Tabelul 1 este o comparație a valorilor de rezistență standard măsurate prin două metode diferite. Printre ele, R este rezistența la linie.

Din tabelul 1 se poate observa că rezultatele teoretice de măsurare ale metodei de punte echilibrate cu trei fire au erori mari, iar eroarea cauzată de creșterea rezistenței la linie R este mai mare. Pe măsură ce valoarea de rezistență a rezistenței termice va fi măsurată, crește și eroarea absolută. În tabelul 1, eroarea absolută este de 2,57% atunci când rezistența măsurată RT =300 Ω și rezistența liniei r =20 ω. Rezultatele efective de măsurare a metodei îmbunătățite cu trei fire utilizate în această lucrare au o eroare absolută de doar 0. 3 Ω și o eroare relativă de ± 0. 1% în intervalul de date măsurat. Convertorul A/D utilizat în circuit este echivalent doar cu {14- Bit A/D Precizie de conversie. Dacă se utilizează un convertor A/D cu precizie mai mare, se poate obține o precizie de măsurare mai mare. În instrumentul real de măsurare a temperaturii senzorului de rezistență termică, este necesar să se adauge și un program aferent care să transforme rezistența măsurată în temperatura corespunzătoare. Adică, după măsurarea RT, valoarea reală a temperaturii poate fi rezolvată cu exactitate prin formula (1).

3 Concluzie

Metoda de punte echilibrată cu trei fire este utilizată pe scară largă în măsurarea rezistenței termice, dar există o problemă că eroarea de măsurare cauzată de rezistența la plumb senzor nu poate fi eliminată. This paper analyzes the problems existing in the balanced bridge method for measuring thermal resistors, proposes a constant voltage divider three-wire measurement method, analyzes the causes and influencing factors of the measurement circuit error, derives and establishes the influencing parameters and formulas of the resistance to be measured, and designs a complete measurement circuit, including a signal amplifier and an A/D converter as well as an interface circuit cu un microcomputer cu un singur cip. În cele din urmă, precizia testului circuitului proiectat este testată și determinată. Testul arată că atunci când metoda puntelor echilibrate cu trei fire măsoară valoarea de rezistență standard de 1 0 0 ~ 300Ω, iar rezistența la linie este 0 ~ 20Ω, eroarea de măsurare **** ajunge la 2,57%, în timp ce eroarea de măsurare echilibrată cu trei fire este doar ± 0,1%. Astfel, se obține un circuit de măsurare a rezistenței termice cu trei fire de înaltă precizie.