Pasākumi, lai uzlabotu termisko rezistoru un termopāru mērījumu precizitāti!

2.2. Mērījumu precizitātes uzlabošanai termopāri
Līdzīgi kā trīs vadu līdzsvarotās tilta metode, 2. attēlā parādītās ķēdes v1 un v2 izejas spriegumi ir salīdzinoši mazi, un pirms A/D pārveidošanas jāpievieno sprieguma pastiprinātājs. Atsauces sprieguma VR parasti nodrošina ar precīzu konstanta sprieguma avotu, lai nodrošinātu stabilu sprieguma signālu. Turklāt, ja mikrokontrollera programmatūra matemātiskos aprēķinos izvēlas atbilstošu algoritmu un vārdu garumu, aprēķina kļūdu var arī ignorēt. Tomēr pastiprinātāja ķēdes pastiprināšanas koeficients un RV atšķiras no komponenta uz komponentu, īpaši masveida ražošanā, kad komponentu precizitāti ir grūti nodrošināt vienveidība. Tāpēc ir jāņem vērā arī īpaša ieejas ķēde, jāņem vērā arī kļūdas, ko rada RV.
Lai novērstu kļūdas, ko izraisa un RV, kalibrēšanas metodi var izmantot, lai automātiski kalibrētu un aprēķinātu faktiskās ķēdes un RV vērtības instrumenta ražošanas laikā, un pēc tam šie divi parametri tiek ierakstīti instrumenta nemainīgajā atmiņā. Kad instruments mēra temperatūru, parametrus nolasa un aprēķina atbilstoši formulai (1), lai iegūtu precīzu izmērīto temperatūru.
Ja garo stiepli 2. attēlā aizstāj ar iespējamo īsāko vadu (ti, r =0), un termisko rezistoru RT aizstāj ar precīzu rezistoru R, VAD ir A/D pārveidotāja atsauces spriegums, ir sprieguma palielinājuma koeficients, bet pārējais paliek nemainīgs, tad:

Formulā (4) R ir precizitātes rezistors ar zināmu pretestības vērtību; D ir A/D konvertācijas rezultāts, ko var viegli nolasīt no instrumenta displeja ierīces; VR un VAD ir atsauces spriegumi, kas ir konstantes; ir kopējais ķēdes palielinājuma koeficients; K ir A/D konversijas proporcionālais koeficients, piemēram, k =214 14- bitu a/d pārveidotājam. Tad ir tikai divi nezināmi RV un formulā (2). Īpaši ieejas ķēde, ja divi precizitātes rezistori R1 un R2 ar zināmām pretestības vērtībām ir savienoti ar ķēdi, kas parādīta 2. attēlā kalibrēšanai (kalibrējot, mēģiniet izgatavot r =0), var iegūt divu mainīgu lineāru vienādojumu komplektu. Tādējādi konkrētai ievades ķēdei un RV var atrisināt no vienādojumiem, un rezultāti ir šādi:

Iepriekš minēto kalibrēšanas metodi var apkopot šādi: attiecīgi ar instrumenta ieejas spailēm ir savienoti divi precīzi standarta rezistori R1 un R2 ar zināmām pretestības vērtībām, un savienojošā stieples pretestība tiek samazināta pēc iespējas samazināta. Šajā laikā tiek reģistrēti instrumentu rādījumi D1 un D2, un kalibrētā instrumenta nezināmos parametrus un RV var aprēķināt, aizstājot tos formulā (5). Lietojot, ieteicams izmantot to pašu VR un VAD atsauces avotu, lai formulas (5) aprēķins būtu neatkarīgs no atsauces sprieguma precizitātes. Šī metode samazina atšķirības starp dažādiem atsauces avotiem, īpaši dažādu atsauces laika novirzes un temperatūras novirzes ietekmi.
2.3. Mērījumu ķēde
3. attēls ir augstas precizitātes PT100 temperatūras mērīšanas sistēmas priekšējā ieejas ķēde, kurā PT100 atsauces spriegums un A/D pārveidotāja ICL7135 atsauces spriegums ir tas pats sprieguma atsauces avots. Divus PT100 mērījumu ieejas signālus V1 un V2 tiek pastiprināti ar to pašu operatīvo pastiprinātāju (1+ R3/R4) laikiem un pēc tam ievadiet A/D pārveidotāju. Mikro relejs K1 tiek izmantots kanālu izvēlei. Šai metodei ir kopīgs darbības pastiprinātājs, A/D pārveidotājs un atsauces sprieguma avots, samazinot atšķirību ietekmi starp dažādām ierīcēm uz mērījumu rezultātiem. ICL7135 A/D konvertācijas rezultāts ir savienots ar mikrokontrolleru sērijas režīmā, kas var ievērojami saglabāt mikrokontrollera IO portu. Kalibrējot ķēdi, kalibrēšanai izmanto standarta rezistorus 100Ω un 300Ω, un kalibrēšanas rezultāti un RV tiek saglabāti mikrokontrolleru sistēmas EEPROM. Faktiskā mērījumā mikrokontrolleru sistēma izņem un RV kā zināmas vērtības un aprēķina pretestības RT vērtību pēc formulas (3).

2.4. Mērījumu ķēdes testa analīze

Salīdzinot ar trīs vadu līdzsvarotu tilta metodi, šīs shēmas noteikšanas rezultāti ir ievērojami uzlaboti. 1. tabula ir standarta pretestības vērtību salīdzinājums, ko mēra ar divām dažādām metodēm. Starp tiem R ir līnijas pretestība.

No 1. tabulas var redzēt, ka trīs vadu līdzsvarotās tilta metodes teorētiskajiem mērījumu rezultātiem ir lielas kļūdas, un kļūda, ko izraisa līnijas pretestības R palielināšanās, ir lielāka. Palielinoties izmērāmā termiskā rezistora pretestības vērtībai, palielinās arī absolūtā kļūda. 1. tabulā absolūtā kļūda ir 2,57%, ja izmērītā pretestība rt =300 un līnijas pretestība r =20 ω. Šajā dokumentā izmantotās uzlabotās trīs vadu metodes faktiskie mērījumu rezultāti ir absolūti kļūda tikai 0. 3 Ω un relatīvā kļūda ± 0. 1% izmērītajā datu diapazonā. A/D pārveidotājs, kas izmantots ķēdē, ir tikai līdzvērtīgs 14- bitu A/D konversijas precizitātei. Ja tiek izmantots augstākas precizitātes A/D pārveidotājs, var sasniegt augstāku mērījumu precizitāti. Faktiskajā termiskā rezistora sensora temperatūras mērīšanas instrumentā ir arī jāpievieno saistīta programma, kas konvertē izmērīto pretestību attiecīgajā temperatūrā. Tas ir, pēc RT mērīšanas faktisko temperatūras vērtību var precīzi atrisināt ar formulu (1).

3 Secinājums

Trīs vadu līdzsvarotu tilta metodi plaši izmanto termiskā rezistora mērījumos, taču pastāv problēma, ka sensora svina pretestības izraisīto mērījumu kļūdu nevar novērst. Šajā dokumentā analizētas problēmas, kas pastāv līdzsvarotā tilta metodē termisko rezistoru mērīšanai, ierosina pastāvīgu sprieguma dalītāja trīs vadu mērīšanas metodi, analizē mērījumu ķēdes kļūdas cēloņus un ietekmējošos faktorus, iegūst un izveido ietekmējošo parametru un formulu, kas paredzēts, lai noteiktu, un izstrādā līdzīgu, kā arī ar to, kā arī A/D. vienas mikroshēmas mikrodatori. Visbeidzot, tiek pārbaudīta un noteikta projektētās shēmas testa precizitāte. Pārbaude parāda, ka tad, kad trīs vadu līdzsvarotās tilta metode mēra standarta pretestības vērtību 1 0 0 ~ 300Ω un līnijas pretestība ir 0 ~ 20Ω, **** mērīšanas kļūda sasniedz 2,57%, bet līdzsvarotā trīs strāvu mērīšanas kļūda ir tikai ± 0,1%. Tādējādi tiek iegūta augstas precizitātes trīs vadu termiskā rezistora mērīšanas shēma.