Мерки за подобряване на точността на измерване на термичните резистори и термодвойки!

2.2 Мерки за подобряване на точността на измерване на термодвойките
Подобно на трижилния балансиран метод на мост, изходните напрежения V1 и V2 на веригата, показани на фигура 2, са сравнително малки и преди A/D преобразуването трябва да се добави усилвател на напрежението. Референтното напрежение VR обикновено се осигурява от източник на прецизно постоянно напрежение, за да осигури стабилен сигнал за напрежение. В допълнение, когато софтуерът за микроконтролер избере подходящ алгоритъм и дължина на думите при математически изчисления, грешката в изчислението също може да бъде игнорирана. Въпреки това, коефициентът на усилване и RV на веригата на усилвателя ще варират от компонент до компонент, особено при масово производство, когато точността на компонентите е трудна за осигуряване на равномерност. Следователно, за конкретна входна верига, трябва да се вземат предвид и грешките, причинени от и RV.
За да се елиминират грешките, причинени от и RV, методът за калибриране може да се използва за автоматично калибриране и изчисляване на действителните стойности на веригата и RV по време на производството на инструменти и след това тези два параметъра се записват в не-лебичната памет на инструмента. Когато инструментът измерва температурата, параметрите се четат и изчисляват според формулата (1), за да се получи точна измерена температура.
Ако дългият проводник на фигура 2 е заменен от възможно най -краткия проводник (т.е. r =0), а топлинният резистор RT се заменя с прецизен резистор R, VAD е референтното напрежение на A/D конвертора, е коефициентът на увеличение на напрежението, а останалите остават непроменени, тогава:

Във формула (4), R е прецизен резистор с известна стойност на съпротивление; D е резултат от A/D преобразуването, което може лесно да се чете от устройството за показване на инструмента; VR и VAD са референтни напрежения, които са константи; е общият коефициент на увеличение на веригата; K е пропорционалният фактор на A/D конверсията, като K =214 за 14- бит A/D конвертор. Тогава има само две неизвестни RV и във формула (2). За специфична входна схема, ако два прецизни резистора R1 и R2 с известни стойности на съпротивление са свързани към веригата, показани на фигура 2 за калибриране (при калибриране, опитайте се да направите R =0), може да се получи набор от дву променливи линейни уравнения. По този начин, за конкретна входна верига и RV може да бъде решен от уравненията и резултатите са както следва:

Горният метод за калибриране може да бъде обобщен, както следва: Два прецизни стандартни резистора R1 и R2 с известни стойности на съпротивление са свързани съответно към входните клеми на инструмента и съпротивлението на свързващия проводник е сведено до минимум. Понастоящем се записват показанията на инструмента D1 и D2 и неизвестните параметри и RV на калибрирания инструмент могат да бъдат изчислени чрез заместване на тях във формула (5). При употреба се препоръчва да се използва един и същ референтен източник за VR и VAD, така че изчисляването на във формула (5) не зависи от точността на референтното напрежение. Този метод намалява разликите между различните референтни източници, особено влиянието на отклонението на времето и температурното отклонение от различни препратки.
2.3 Измервателна верига
Фигура 3 е предната входна верига на системата за измерване на температурата с висока точност PT100, в която референтното напрежение на PT100 и референтното напрежение на A/D конвертора ICL7135 са един и същ източник на напрежение. Двата измервателни входни сигнала V1 и V2 на PT100 се усилват от един и същ оперативен усилвател (1+ R3/R4) пъти и след това въвеждат A/D конвертора. Micro Relay K1 се използва за избор на канал. Този метод споделя оперативния усилвател, A/D конвертор и източник на референтно напрежение, намалявайки въздействието на разликите между различните устройства върху резултатите от измерванията. Резултатът за преобразуване на A/D на ICL7135 е свързан към микроконтролера в сериен режим, който може значително да запише IO порта на микроконтролера. При калибриране на веригата, стандартните резистори 100Ω и 300Ω се използват за калибриране, а резултатите от калибрирането и RV се съхраняват в EEPROM на микроконтролерната система. При действителното измерване системата на микроконтролерите изважда и RV като известни стойности и изчислява стойността на RT на съпротивлението по формула (3).

2.4 Анализ на теста за измерване на веригата

В сравнение с трижилния балансиран метод на мост, резултатите от откриването на тази верига са значително подобрени. Таблица 1 е сравнение на стандартните стойности на съпротивление, измерени по два различни метода. Сред тях R е съпротивлението на линията.

От таблица 1 може да се види, че теоретичните резултати от измерванията на метода на трипроводника балансиран мост имат големи грешки, а грешката, причинена от увеличаването на устойчивостта на линията, е по-голяма. С увеличаването на стойността на устойчивостта на топлинния резистор, абсолютната грешка също се увеличава. В таблица 1 абсолютната грешка е 2,57%, когато измереното съпротивление RT {{5} ω и съпротивлението на линията R =20 Ω. Резултатите от действителните измервания на подобрения трижилен метод, използван в този документ, имат абсолютна грешка само 0. 3 Ω и относителна грешка от ± 0. 1% в рамките на измерения диапазон на данни. A/D конверторът, използван във веригата, е само еквивалентен на 14- битова точност на преобразуване на A/d. Ако се използва по-висок прецизен A/D конвертор, може да се постигне по-висока точност на измерване. В действителния инструмент за измерване на температурата на термичния резистор е необходимо също да се добави свързана програма, която преобразува измереното съпротивление в съответната температура. Тоест, след като се измерва RT, действителната температурна стойност може да бъде точно решена по формула (1).

3 Заключение

Методът на трипроводника балансиран мост се използва широко при измерване на термичния резистор, но има проблем, че грешката на измерване, причинена от устойчивостта на олово на сензора, не може да бъде елиминирана. Настоящият документ анализира проблемите, съществуващи в балансирания метод на мост за измерване на термични резистори, предлага метод на трипроводното измерване с постоянно напрежение, анализира причините и влияещи на сигнала за грешката на измервателната верига, извлича и установява влияещите параметри и формулите на устойчивост Микрокомпютър с един чип. Накрая, тестовата точност на проектираната верига се тества и определя. Тестът показва, че когато трижилният балансиран метод на мост измерва стойността на стандартната съпротивление 1 0 0 ~ 300Ω, а съпротивлението на линията е 0 ~ 20Ω, грешката в измерването **** достига 2,57%, докато балансираната грешка в трипроводното измерване е само ± 0,1%. По този начин се получава високо прецизна трипроводна верига за измерване на термичен резистор.