Opatření ke zlepšení přesnosti měření tepelných rezistorů a termočlánků!

2.2 Opatření ke zlepšení přesnosti měření termočlánků
Podobně jako u třívodičového vyváženého můstku jsou výstupní napětí V1 a V2 obvodu znázorněného na obrázku 2 relativně malé a před převodem A/D by se mělo přidat zesilovač napětí. Referenční napětí VR je obecně poskytováno zdrojem přesného konstantního napětí, který poskytuje stabilní signál napětí. Kromě toho, když software MicroController vybere v matematických výpočtech vhodný algoritmus a délku slov, lze také ignorovat chybu výpočtu. Amplifikační faktor a RV obvodu zesilovače se však budou lišit od komponenty ke složce, zejména při hmotnostní produkci, pokud je přesnost složek obtížné zajistit uniformitu. Proto pro konkrétní vstupní obvod je třeba také zvážit chyby způsobené a RV.
Za účelem eliminace chyb způsobených a RV lze metodu kalibrace použít k automatickému kalibraci a výpočtu skutečných hodnot obvodu a RV během výroby přístroje a poté jsou tyto dva parametry zaznamenány v nezávislé paměti přístroje. Když přístroj měří teplotu, parametry se čte a vypočítají podle vzorce (1), aby se získala přesná naměřená teplota.
Pokud je dlouhý vodič na obrázku 2 nahrazen nejkratším možným vodičem (tj. R =0) a tepelný rezistor RT je nahrazen přesným odporem r, VAD je referenčním napětím A/D převodníku, je faktorem zvětšení napětí a zbytek zůstává nezměněn, pak:

Ve vzorci (4) je R přesný rezistor se známou hodnotou odporu; D je výsledek konverze A/D, kterou lze snadno přečíst ze zařízení zobrazení nástroje; VR a VAD jsou referenční napětí, což jsou konstanty; je celkový faktor zvětšení obvodu; K je proporcionální faktor konverze A/D, jako je k =214 pro 14- bit A/D Converter. Pak existují pouze dva neznámé RV a ve vzorci (2). Pro konkrétní vstupní obvod, pokud jsou k obvodu zobrazeny na obrázku 2 pro kalibraci (při kalibraci, pokuste se vytvořit r =0), lze získat sadu dvou proměnných lineárních rovnic, pokud jsou k kalibraci (při kalibraci, připojeny k kalibraci (při kalibraci, lze získat sadu dvou proměnných lineárních rovnic. Pro konkrétní vstupní obvod tedy lze vyřešit RV z rovnic a výsledky jsou následující:

Výše uvedenou kalibrační metodu lze shrnout následovně: Dva přesné standardní rezistory R1 a R2 se známými hodnotami odporu jsou spojeny se vstupními terminály nástroje a odpor spojovacího drátu je co nejvíce minimalizován. V této době jsou zaznamenány hodnoty přístrojů D1 a D2 a neznámé parametry a RV kalibrovaného přístroje lze vypočítat jejich nahrazením do vzorce (5). Při použití se doporučuje použít stejný referenční zdroj pro VR a VAD, takže výpočet ve vzorci (5) je nezávislý na přesnosti referenčního napětí. Tato metoda snižuje rozdíly mezi různými referenčními zdroji, zejména vliv driftu času a driftu teploty různých odkazů.
2.3 Měřicí obvod
Obrázek 3 je přední vstupní obvod vysoce přesného systému měření teploty PT100, ve kterém referenční napětí PT100 a referenční napětí převodníku A/D ICL7135 jsou stejným referenčním zdrojem napětí. Dva vstupní signály měření V1 a V2 PT100 jsou amplifikovány stejným operačním zesilovačem (1+ r3/r4) časy a poté vstoupí do převodníku A/D. Pro výběr kanálu se používá mikro relé K1. Tato metoda sdílí operační zesilovač, převodník A/D a zdroj referenčního napětí, což snižuje dopad rozdílů mezi různými zařízeními na výsledky měření. Výsledek převodu A/D ICL7135 je připojen k mikrokontroléru v sériovém režimu, který může výrazně uložit io portu mikrokontroléru. Při kalibraci obvodu se pro kalibraci používají standardní rezistory 100Ω a 300Ω a výsledky kalibrace a RV jsou uloženy v EEPROM mikrokontroléru. Při skutečném měření se systém mikrokontroléru vytáhne a RV jako známé hodnoty a vypočítá hodnotu RT odporu podle vzorce (3).

2.4 Analýza testu měření

Ve srovnání s metodou třívodičového vyváženého můstku byly výsledky detekce tohoto obvodu výrazně zlepšeny. Tabulka 1 je srovnání standardních hodnot odporu měřené dvěma různými metodami. Mezi nimi je R liniový odpor.

Z tabulky 1 je patrné, že výsledky teoretického měření metody třívodičového vyváženého můstku mají velké chyby a chyba způsobená zvýšením odolnosti linie R je větší. Jak se zvyšuje hodnota odporu tepelného rezistoru, který má být měřen, zvyšuje se také absolutní chyba. V tabulce 1 je absolutní chyba 2,57%, když měřený odpor RT =300 Ω a liniový odpor R =20 Ω. Skutečné výsledky měření vylepšené třívodičové metody použité v tomto článku mají absolutní chybu pouze 0. 3 Ω a relativní chybu ± 0. 1% v měřeném rozsahu dat. Převodník A/D použitý v obvodu je ekvivalentní pouze 14- Bit A/D Převodové přesnosti. Pokud je použit převodník A/D s vyšší přesností, lze dosáhnout vyšší přesnosti měření. Ve skutečném přístroji pro měření teploty senzoru tepelného rezistoru je také nutné přidat související program, který převádí naměřený odpor na odpovídající teplotu. To znamená, že po změně RT lze skutečnou teplotu přesně vyřešit vzorem (1).

3 Závěr

Metoda vyváženého můstku se třívodičovým vyvážením se široce používá při měření tepelného rezistoru, ale existuje problém, že nelze eliminovat chybu měření způsobené odporem olova senzoru. 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 s mikropočítačem s jedním čipem. Nakonec je testována a stanovena přesnost testu navrženého obvodu. Test ukazuje, že když metoda třívodičového vyváženého můstku měří standardní hodnotu odporu 1 0 0 ~ 300Ω a liniový odpor je 0 ~ 20Ω, chyba měření **** dosáhne 2,57%, zatímco vyvážená chyba měření tří dýchání je pouze ± 0,1%. Získá se tedy vysoce přesný třívodičový měřicí obvod tepelného rezistoru.