Μέτρα για τη βελτίωση της ακρίβειας μέτρησης των θερμικών αντιστάσεων και των θερμοστοιχείων!

2.2 Μέτρα για τη βελτίωση της ακρίβειας μέτρησης των θερμοστοιχείων
Παρόμοια με τη μέθοδο ισορροπημένης γέφυρας τριών συρμάτων, οι τάσεις εξόδου V1 και V2 του κυκλώματος που φαίνεται στο σχήμα 2 είναι σχετικά μικρές και ένας ενισχυτής τάσης πρέπει να προστεθεί πριν από τη μετατροπή A/D. Η τάση αναφοράς VR παρέχεται γενικά από μια πηγή σταθερής τάσης ακριβείας για την παροχή ενός σταθερού σήματος τάσης. Επιπλέον, όταν το λογισμικό μικροελεγκτή επιλέγει έναν κατάλληλο αλγόριθμο και μήκος λέξεων σε μαθηματικούς υπολογισμούς, το σφάλμα υπολογισμού μπορεί επίσης να αγνοηθεί. Ωστόσο, ο συντελεστής ενίσχυσης και ο RV του κυκλώματος ενισχυτή θα ποικίλουν από συστατικό σε συστατικό, ειδικά στη μαζική παραγωγή, όταν η ακρίβεια των συστατικών είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί ομοιομορφία. Επομένως, για ένα συγκεκριμένο κύκλωμα εισόδου, πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη τα σφάλματα που προκαλούνται από και RV.
Προκειμένου να εξαλειφθούν τα σφάλματα που προκαλούνται από και RV, η μέθοδος βαθμονόμησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη αυτόματη βαθμονόμηση και τον υπολογισμό των πραγματικών τιμών κυκλώματος και RV κατά τη διάρκεια της παραγωγής οργάνων και στη συνέχεια αυτές οι δύο παράμετροι καταγράφονται στη μη πτητική μνήμη του οργάνου. Όταν το όργανο μετρά τη θερμοκρασία, οι παράμετροι διαβάζονται και υπολογίζονται σύμφωνα με τον τύπο (1) για να ληφθεί ακριβής μετρούμενη θερμοκρασία.
Εάν το μακρύ σύρμα στο σχήμα 2 αντικαθίσταται από το συντομότερο δυνατό καλώδιο (δηλαδή R =0) και η θερμική αντίσταση RT αντικαθίσταται από μια αντίσταση ακριβείας R, το VAD είναι η τάση αναφοράς του μετατροπέα A/D, είναι ο παράγοντας μεγέθυνσης τάσης και το υπόλοιπο παραμένει αμετάβλητο.

Στη φόρμουλα (4), το R είναι μια αντίσταση ακριβείας με γνωστή τιμή αντίστασης. D είναι το αποτέλεσμα της μετατροπής A/D, η οποία μπορεί εύκολα να διαβαστεί από τη συσκευή εμφάνισης οργάνων. Το VR και το VAD είναι τάσεις αναφοράς, οι οποίες είναι σταθερές. είναι ο συνολικός συντελεστής μεγέθυνσης του κυκλώματος. Το K είναι ο αναλογικός παράγοντας της μετατροπής A/D, όπως το k =214 για έναν μετατροπέα 14- bit a/d. Στη συνέχεια, υπάρχουν μόνο δύο άγνωστα RV και στη φόρμουλα (2). Για ένα συγκεκριμένο κύκλωμα εισόδου, εάν δύο αντιστάσεις ακριβείας R1 και R2 με γνωστές τιμές αντίστασης συνδέονται με το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 2 για βαθμονόμηση (κατά τη βαθμονόμηση, προσπαθήστε να κάνετε R =0), μπορεί να ληφθεί ένα σύνολο με δύο μεταβλητές γραμμικές εξισώσεις. Έτσι, για ένα συγκεκριμένο κύκλωμα εισόδου και το RV μπορεί να λυθεί από τις εξισώσεις και τα αποτελέσματα είναι τα εξής:

Η παραπάνω μέθοδος βαθμονόμησης μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: δύο τυποποιημένες αντιστάσεις ακριβείας R1 και R2 με γνωστές τιμές αντίστασης συνδέονται με τους ακροδέκτες εισόδου του οργάνου αντίστοιχα και η αντίσταση του καλωδίου σύνδεσης ελαχιστοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο. Αυτή τη στιγμή καταγράφονται οι αναγνώσεις οργάνων D1 και D2 και οι άγνωστες παραμέτρους και RV του βαθμονομημένου οργάνου μπορούν να υπολογιστούν με την αντικατάστασή τους στη φόρμουλα (5). Κατά τη χρήση, συνιστάται η χρήση της ίδιας πηγής αναφοράς για το VR και το VAD, έτσι ώστε ο υπολογισμός του Formula (5) να είναι ανεξάρτητος από την ακρίβεια της τάσης αναφοράς. Αυτή η μέθοδος μειώνει τις διαφορές μεταξύ διαφορετικών πηγών αναφοράς, ιδίως της επίδρασης της μετατόπισης χρόνου και της μετατόπισης της θερμοκρασίας των διαφορετικών αναφορών.
2,3 κύκλωμα μέτρησης
Το σχήμα 3 είναι το κύκλωμα εμπρός εισόδου του συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας PT100 υψηλής ακρίβειας, στο οποίο η τάση αναφοράς PT100 και η τάση αναφοράς του ICL7135 του μετατροπέα A/D είναι η ίδια πηγή αναφοράς τάσης. Τα δύο σημάδια εισόδου μέτρησης V1 και V2 του PT100 ενισχύονται από τον ίδιο λειτουργικό ενισχυτή (1+ r3/r4) και στη συνέχεια εισάγετε τον μετατροπέα A/D. Το Micro Relay K1 χρησιμοποιείται για την επιλογή καναλιού. Αυτή η μέθοδος μοιράζεται τον επιχειρησιακό ενισχυτή, τον μετατροπέα A/D και την πηγή τάσης αναφοράς, μειώνοντας την επίδραση των διαφορών μεταξύ διαφορετικών συσκευών στα αποτελέσματα της μέτρησης. Το αποτέλεσμα μετατροπής A/D του ICL7135 συνδέεται με τον μικροελεγκτή σε σειριακό τρόπο, ο οποίος μπορεί να αποθηκεύσει σε μεγάλο βαθμό τη θύρα IO του μικροελεγκτή. Κατά τη βαθμονόμηση του κυκλώματος, χρησιμοποιούνται τυποποιημένες αντιστάσεις 100Ω και 300Ω και τα αποτελέσματα βαθμονόμησης και RV αποθηκεύονται στο EEPROM του συστήματος μικροελεγκτή. Στην πραγματική μέτρηση, το σύστημα μικροελεγκτή παίρνει και RV ως γνωστές τιμές και υπολογίζει την τιμή RT αντίστασης με τον τύπο (3).

2.4 Ανάλυση δοκιμής κυκλώματος μέτρησης

Σε σύγκριση με τη μέθοδο ισορροπημένης γέφυρας τριών συρμάτων, τα αποτελέσματα ανίχνευσης αυτού του κυκλώματος έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Ο Πίνακας 1 είναι μια σύγκριση των τυποποιημένων τιμών αντίστασης που μετρήθηκαν με δύο διαφορετικές μεθόδους. Μεταξύ αυτών, το R είναι η αντίσταση στη γραμμή.

Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 1 ότι τα θεωρητικά αποτελέσματα μέτρησης της μεθόδου ισορροπημένης γέφυρας τριών συρμάτων έχουν μεγάλα σφάλματα και το σφάλμα που προκαλείται από την αύξηση της αντίστασης της γραμμής R είναι μεγαλύτερο. Καθώς αυξάνεται η τιμή αντίστασης της θερμικής αντίστασης, αυξάνεται επίσης το απόλυτο σφάλμα. Στον Πίνακα 1, το απόλυτο σφάλμα είναι 2,57% όταν η μετρούμενη αντίσταση RT =300 ω και η αντίσταση γραμμής R =20 ω. Τα πραγματικά αποτελέσματα μέτρησης της βελτιωμένης μεθόδου τριών συρμάτων που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έγγραφο έχουν απόλυτο σφάλμα μόνο 0. 3 Ω και ένα σχετικό σφάλμα ± 0. Ο μετατροπέας A/D που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα είναι μόνο ισοδύναμος με 14- bit A/D ακρίβεια. Εάν χρησιμοποιηθεί ένας μετατροπέας υψηλότερης ακρίβειας A/D, μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης. Στο πραγματικό όργανο μέτρησης θερμοκρασίας θερμοκρασίας θερμικής αντίστασης, είναι επίσης απαραίτητο να προσθέσετε ένα σχετικό πρόγραμμα που μετατρέπει τη μετρούμενη αντίσταση στην αντίστοιχη θερμοκρασία. Δηλαδή, μετά τη μέτρηση του RT, η πραγματική τιμή θερμοκρασίας μπορεί να επιλυθεί με ακρίβεια με τον τύπο (1).

3 Συμπέρασμα

Η μέθοδος ισορροπημένης γέφυρας τριών συρμάτων χρησιμοποιείται ευρέως στη μέτρηση θερμικής αντίστασης, αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα που δεν μπορεί να εξαλειφθεί το σφάλμα μέτρησης που προκαλείται από την αντίσταση του οδηγού του αισθητήρα. Το παρόν χαρτί αναλύει τα προβλήματα που υπάρχουν στη μέθοδο ισορροπημένης γέφυρας για τη μέτρηση των θερμικών αντιστάσεων, προτείνει μια μέθοδο μέτρησης τριών συρμάτων σταθερού διαιρέτη τάσης, αναλύει τα αιτίες και τους παράγοντες που επηρεάζουν το σφάλμα του κυκλώματος μέτρησης, προέρχονται και καθιερώνουν τις παραμέτρους επιρροής και τους τύπους της αντίστασης να μετράνε και να σχεδιάσουν ένα κύκλωμα μέτρησης, συμπεριλαμβανομένου ενός ενισχυτή σήματος και ενός ακροατηρίου A/D Conver. Μικροϋπολογιστής ενός τσιπ. Τέλος, δοκιμάζεται και καθορίζεται η δοκιμαστική ακρίβεια του σχεδιασμένου κυκλώματος. Η δοκιμή δείχνει ότι όταν η μέθοδος ισορροπημένης γέφυρας τριών συρμάτων μετρά την τυπική τιμή αντίστασης του 1 0 0 ~ 300Ω και η αντίσταση γραμμής είναι 0 ~ 20ω, το σφάλμα μέτρησης **** φτάνει το 2,57%, ενώ το ισορροπημένο σφάλμα μέτρησης τριών συρμάτων είναι μόνο 0,1%. Έτσι, λαμβάνεται ένα κύκλωμα μέτρησης θερμικής αντίστασης τριών καλωδίων υψηλής ακρίβειας.