Заходи щодо підвищення точності вимірювань термічних резисторів та термопацій!

2.2 Заходи щодо підвищення точності вимірювання термопацій
Подібно до методу трипровідного збалансованого мосту, вихідні напруги V1 та V2 схеми, показані на малюнку 2, порівняно невеликі, а підсилювач напруги слід додати до перетворення A/D. Еталонна напруга VR, як правило, забезпечується точним джерелом постійної напруги для забезпечення стабільного сигналу напруги. Крім того, коли програмне забезпечення Microcontroller вибирає відповідний алгоритм та довжину слів у математичних розрахунках, похибку обчислення також можна ігнорувати. Однак коефіцієнт посилення та RV схеми підсилювача будуть змінюватись від компонента до компонента, особливо у масовому виробництві, коли точність компонентів важко забезпечити рівномірність. Тому для конкретного вхідного ланцюга також слід враховувати помилки, спричинені та RV.
Для усунення помилок, спричинених та РВ, метод калібрування може бути використаний для автоматичного калібрування та обчислення фактичних значень схеми та RV під час виробництва приладів, а потім ці два параметри записуються у нелалітній пам'яті інструменту. Коли прилад вимірює температуру, параметри зчитуються та обчислюються відповідно до формули (1) для отримання точної вимірюваної температури.
Якщо довгий провід на малюнку 2 замінений найкоротшим можливим проводом (тобто R =0), а тепловий резистор RT замінюється точним резистором R, VAD - це опорна напруга перетворювача A/D, - це коефіцієнт збільшення напруги, а решта залишається незмінною, тоді:

У формулі (4) R - точний резистор із відомим значенням опору; D - результат перетворення A/D, який можна легко прочитати з пристрою відображення приладу; VR і VAD - це опорні напруги, які є константами; - загальний коефіцієнт збільшення ланцюга; K - пропорційний коефіцієнт перетворення A/D, наприклад K =214 для A 14- Біт A/D перетворювача. Тоді є лише два невідомі RV та у формулі (2). Для конкретного вхідного ланцюга, якщо два точні резистори R1 і R2 із відомими значеннями опору підключені до ланцюга, показаної на малюнку 2 для калібрування (при калібруванні, спробуйте зробити R =0), можна отримати набір двозначних лінійних рівнянь. Таким чином, для конкретної вхідної схеми та RV можна вирішити з рівнянь, а результати такі:

Наведений вище метод калібрування може бути узагальнений наступним чином: Два стандартних точних резисторів R1 і R2 із відомими значеннями опору підключені до вхідних клем приладу відповідно, а опір з'єднувального проводу мінімізовано максимально мінімізується. У цей час записуються показання інструменту D1 і D2, і невідомі параметри та RV каліброваного інструменту можна обчислити шляхом заміни їх у формулу (5). У використанні рекомендується використовувати одне і те ж опорне джерело для VR та VAD, щоб розрахунок у формулі (5) не залежить від точності опорної напруги. Цей метод зменшує відмінності між різними еталонними джерелами, особливо впливом часового дрейфу та температурного дрейфу різних посилань.
2,3 Ліжок вимірювання
Малюнок 3-передня вхідна схема високоточної системи вимірювання температури PT100, в якій опорна напруга PT100 та опорна напруга перетворювача A/D ICL7135-це те саме опорне джерело напруги. Два вхідні сигнали вимірювання v1 і v2 PT100 ампліфікуються тим же оперативним підсилювачем (1+ r3/r4) разів, а потім входять до перетворювача A/D. Мікро реле K1 використовується для вибору каналу. Цей метод поділяє оперативний підсилювач, конвертер A/D та джерело еталонної напруги, зменшуючи вплив відмінностей між різними пристроями на результати вимірювання. Результат перетворення A/D ICL7135 підключений до мікроконтролера в серійному режимі, який може значно зберегти порт IO мікроконтролера. При калібруванні ланцюга стандартні резистори 100 Ом і 300 Ом використовуються для калібрування, а результати калібрування та RV зберігаються в EEPROM системи мікроконтролера. У фактичному вимірюванні система мікроконтролерів виймає і RV як відомі значення, і обчислює значення RT опору за формулою (3).

2.4 Аналіз випробування ланцюга вимірювання

Порівняно з методом трипровідного збалансованого мосту, результати виявлення цієї схеми були значно вдосконалені. Таблиця 1 - це порівняння стандартних значень опору, виміряних двома різними методами. Серед них R - стійкість до лінії.

З таблиці 1 видно, що теоретичні результати вимірювання методу трипровідного збалансованого мосту мають великі помилки, а похибка, спричинена збільшенням опору лінії R, більша. Зі збільшенням значення опору термічного резистора для вимірювання, абсолютна помилка збільшується. У таблиці 1 абсолютна помилка становить 2,57%, коли вимірюваний опір rt =300 ω та опір лінії r =20 ω. Фактичні результати вимірювання вдосконаленого трипровідного методу, що використовується в цій роботі, мають абсолютну помилку лише 0. 3 ω та відносної похибки ± 0. 1% у межах вимірюваного діапазону даних. Перетворювач A/D, що використовується в ланцюзі, еквівалентний лише точній точністю перетворення A/D. Якщо використовується більш висока точна конвертер A/D, може бути досягнута більш висока точність вимірювання. У фактичному приладі вимірювання температури датчика термічного резистора необхідно також додати споріднену програму, яка перетворює вимірюваний опір у відповідну температуру. Тобто після вимірювання RT фактичне значення температури може бути точно вирішене формулою (1).

3 Висновок

Трипровідний збалансований метод мосту широко застосовується при вимірюванні теплового резистора, але існує проблема, що помилка вимірювання, викликана опором датчика свинцю, не може бути усунена. 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 with a Мікрокомп'ютер з однією мікросхемою. Нарешті, точність тесту розробленої схеми перевіряється та визначається. Тест показує, що коли трипровідний збалансований метод мосту вимірює стандартне значення опору 1 0 0 ~ 300ω, а опір лінії-0 ~ 20ω, помилка вимірювання **** досягає 2,57%, тоді як збалансована трипровідна помилка вимірювання становить лише ± 0,1%. Таким чином, отримується високоточна трипровідна схема вимірювання термічного резистора.