Foranstaltninger til forbedring af målingsnøjagtigheden af ​​termiske modstande og termoelementer!

2.2 Foranstaltninger til forbedring af målingsnøjagtigheden af ​​termoelementer
I lighed med den tre-ledige afbalancerede bro-metode er udgangsspændingerne V1 og V2 i kredsløbet vist i figur 2 relativt små, og en spændingsforstærker skal tilsættes før A/D-konvertering. Referencespændingen VR leveres generelt af en præcisionskonstant spændingskilde for at tilvejebringe et stabilt spændingssignal. Når mikrokontroller -softwaren vælger en passende algoritme og ordlængde i matematiske beregninger, kan beregningsfejlen også ignoreres. Imidlertid varierer amplifikationsfaktoren og RV for forstærkerkredsløbet fra komponent til komponent, især i masseproduktion, når nøjagtigheden af ​​komponenter er vanskelig at sikre ensartethed. Derfor skal fejlene og RV for et specifikt inputkredsløb, der er forårsaget af og RV, overvejes.
For at eliminere de fejl, der er forårsaget af og RV, kan kalibreringsmetoden bruges til automatisk at kalibrere og beregne det faktiske kredsløb og RV-værdier under instrumentproduktionen, og derefter registreres disse to parametre i instrumentets ikke-flygtige hukommelse. Når instrumentet måler temperatur, læses og beregnes parametrene i henhold til formlen (1) for at opnå nøjagtig målt temperatur.
Hvis den lange ledning i figur 2 erstattes af den korteste ledning (dvs. R =0), og den termiske modstand RT erstattes af en præcisionsmodstand R, er VAD referencespændingen for A/D -konverteren, er spændingsforstørrelsesfaktoren, og resten forbliver uændret, derefter:: derefter:

I formel (4) er R en præcisionsmodstand med en kendt modstandsværdi; D er resultatet af A/D -konverteringen, som let kan læses fra instrumentdisplayenheden; VR og VAD er referencespændinger, som er konstanter; er den samlede forstørrelsesfaktor for kredsløbet; K er den proportionelle faktor af A/D -konvertering, såsom K =214 for en 14- bit A/D -konverter. Så er der kun to ukendte RV og i formel (2). For et specifikt indgangskredsløb, hvis to præcisionsmodstande R1 og R2 med kendte resistensværdier er forbundet til kredsløbet vist i figur 2 til kalibrering (når man kalibrerer, kan du prøve at fremstille R =0), et sæt to-variable lineære ligninger kan opnås. For et specifikt indgangskredsløb kan således løses fra ligningerne, og resultaterne er som følger:

Ovenstående kalibreringsmetode kan sammenfattes som følger: To præcisionsstandardmodstande R1 og R2 med kendte modstandsværdier er forbundet til henholdsvis inputterminalerne på instrumentet, og modstanden for forbindelsestråden minimeres så meget som muligt. På dette tidspunkt registreres instrumentlæsningerne D1 og D2, og de ukendte parametre og RV for det kalibrerede instrument kan beregnes ved at erstatte dem i formlen (5). I brug anbefales det at bruge den samme referencekilde til VR og VAD, så beregningen af ​​i formel (5) er uafhængig af nøjagtigheden af ​​referencespændingen. Denne metode reducerer forskellene mellem forskellige referencekilder, især påvirkningen af ​​tidsdrift og temperaturdrift af forskellige referencer.
2.3 Målekredsløb
Figur 3 er det forreste indgangskredsløb for High-præcision PT100-temperaturmålingssystem, hvor PT100-referencespændingen og referencespændingen for A/D-konverteren ICL7135 er den samme spændingsreferencekilde. De to måleindgangssignaler V1 og V2 af PT100 amplificeres af den samme operationelle forstærker (1+ R3/R4) gange og går derefter ind i A/D -konverteren. Mikro -relæet K1 bruges til valg af kanal. Denne metode deler den operationelle forstærker, A/D -konverter og referencespændingskilde, hvilket reducerer virkningen af ​​forskelle mellem forskellige enheder på måleresultaterne. A/D -konverteringsresultatet af ICL7135 er forbundet til mikrokontrolleren i seriel tilstand, hvilket i høj grad kan redde IO -porten på mikrokontrolleren. Ved kalibrering af kredsløbet anvendes standardmodstande 100Ω og 300Ω til kalibrering, og kalibreringsresultaterne og RV opbevares i EEPROM af mikrokontrolleresystemet. I den faktiske måling tager mikrokontrolleresystemet ud og RV som kendte værdier og beregner resistens RT -værdien med formel (3).

2.4 Analyse af målingskredsløbstest

Sammenlignet med den tre-ledige afbalancerede bro-metode er detektionsresultaterne af dette kredsløb blevet meget forbedret. Tabel 1 er en sammenligning af standardmodstandsværdierne målt ved to forskellige metoder. Blandt dem er R linjemodstanden.

Det kan ses fra tabel 1, at de teoretiske måleresultater af den tre-ledige afbalancerede bro-metode har store fejl, og fejlen forårsaget af stigningen i linjemodstanden R er større. Efterhånden som modstandsværdien af ​​den termiske modstand, der skal måles, stiger den absolutte fejl også. I tabel 1 er den absolutte fejl 2,57%, når den målte modstand RT =300 ω og linjemodstanden r =20 ω. De faktiske måleresultater af den forbedrede tre-ledningsmetode, der anvendes i dette papir, har en absolut fejl på kun 0. 3 Ω og en relativ fejl på ± 0. 1% inden for det målte datainterval. A/D -konverteren, der er anvendt i kredsløbet, svarer kun til 14- bit A/D -konverteringsnøjagtighed. Hvis der anvendes en højere-præcision A/D-konverter, kan der opnås højere måleanøjagtighed. I den faktiske termiske modstandssensortemperaturmålingsinstrument er det også nødvendigt at tilføje et relateret program, der konverterer den målte modstand til den tilsvarende temperatur. Det vil sige, efter at RT er målt, kan den faktiske temperaturværdi løses nøjagtigt med formel (1).

3 Konklusion

Den tre-ledige afbalancerede bro-metode er vidt anvendt i termisk modstandsmåling, men der er et problem, at målefejlen forårsaget af sensorens blymodstand ikke kan fjernes. Denne artikel analyserer de problemer, der findes i den afbalancerede bro-metode til måling af termiske modstande, foreslår en konstant spændingsdelere-tre-ledningsmålemetode, analyserer årsagerne og påvirker faktorer for målekredsløbsfejlen, stammer og fastlægger påvirkningsparametre og formler med modstanden til at blive målt, og design af et komplet målekredsløb, herunder en signal amplifier og en og en en/dvs. En enkelt-chip mikrocomputer. Endelig testes og bestemmes testnøjagtigheden af ​​det designede kredsløb. Testen viser, at når den tre-ledige afbalancerede bro-metode måler standardmodstandsværdien på 1 0 0 ~ 300Ω, og linjemodstanden er 0 ~ 20Ω, når **** målefejlen 2,57%, mens den afbalancerede tre-wire målefejl kun er ± 0,1%. Således opnås et højpræcisions-tre-lednings-termisk modstandskredsløb.