Termal dirençlerin ve termokuplların ölçüm doğruluğunu artırmak için önlemler!

2.2 Termokuplların ölçüm doğruluğunu artırmak için önlemler
Üç telli dengeli köprü yöntemine benzer şekilde, Şekil 2'de gösterilen devrenin V1 ve V2 çıkış voltajları nispeten küçüktür ve A/D dönüşümünden önce bir voltaj amplifikatörü eklenmelidir. Referans voltaj VR, genellikle kararlı bir voltaj sinyali sağlamak için hassas bir sabit voltaj kaynağı ile sağlanır. Ek olarak, mikrodenetleyici yazılımı matematiksel hesaplamalarda uygun bir algoritma ve kelime uzunluğu seçtiğinde, hesaplama hatası da göz ardı edilebilir. Bununla birlikte, amplifikatör devresinin amplifikasyon faktörü ve RV'si, bileşenlerin doğruluğunun homojenliği sağlamak zor olduğunda, özellikle kütle üretiminde bileşenden bileşene değişecektir. Bu nedenle, belirli bir giriş devresi için ve RV'nin neden olduğu hatalar da dikkate alınmalıdır.
Ve RV'nin neden olduğu hataları ortadan kaldırmak için kalibrasyon yöntemi, enstrüman üretimi sırasında gerçek devre ve RV değerlerini otomatik olarak kalibre etmek ve hesaplamak için kullanılabilir ve daha sonra bu iki parametre cihazın kalıcı olmayan belleğinde kaydedilir. Cihaz sıcaklığı ölçtüğünde, parametreler doğru ölçülen sıcaklık elde etmek için formül (1) 'e göre okunur ve hesaplanır.
Şekil 2'deki uzun tel, mümkün olan en kısa telle değiştirilirse (yani r =0) ve termal direnç RT, hassas bir direnç r ile değiştirilirse, VAD, A/D dönüştürücüsünün referans voltajıdır, voltaj büyütme faktörüdür ve geri kalanı değişmeden kalır: o zaman:

Formül (4) 'de R, bilinen bir direnç değerine sahip hassas bir dirençtir; D, cihaz ekran cihazından kolayca okunabilen A/D dönüşümünün sonucudur; VR ve VAD, sabit olan referans voltajlarıdır; devrenin toplam büyütme faktörüdür; K, 14- bit a/d dönüştürücü için k =214 gibi A/D dönüşümünün orantılı faktörüdür. Sonra sadece iki bilinmeyen RV ve formülde (2) vardır. Spesifik bir giriş devresi için, bilinen direnç değerlerine sahip iki hassas direnç R1 ve R2, kalibrasyon için Şekil 2'de gösterilen devreye bağlanırsa (kalibrasyon sırasında R =0 yapmaya çalışın), bir dizi iki değişken doğrusal denklem elde edilebilir. Böylece, belirli bir giriş devresi için ve RV denklemlerden çözülebilir ve sonuçlar aşağıdaki gibidir:

Yukarıdaki kalibrasyon yöntemi aşağıdaki gibi özetlenebilir: Bilinen direnç değerlerine sahip iki hassas standart direnç R1 ve R2 sırasıyla cihazın giriş terminallerine bağlanır ve bağlantı telinin direnci mümkün olduğunca en aza indirilir. Şu anda, D1 ve D2 cihaz okumaları kaydedilir ve kalibre edilmiş cihazın bilinmeyen parametreleri ve RV'leri, bunları formül (5) olarak değiştirilerek hesaplanabilir. Kullanımda, VR ve VAD için aynı referans kaynağının kullanılması önerilir, böylece formül (5) 'nin hesaplanması referans voltajının doğruluğundan bağımsızdır. Bu yöntem, farklı referans kaynakları arasındaki farkları, özellikle farklı referansların zaman kayması ve sıcaklık sapmasının etkisini azaltır.
2.3 Ölçüm devresi
Şekil 3, PT100 referans voltajı ve A/D dönüştürücü ICL7135'in referans voltajının aynı voltaj referans kaynağı olduğu yüksek hassasiyetli PT100 sıcaklık ölçüm sisteminin ön giriş devresidir. PT100'ün iki ölçüm giriş sinyali V1 ve V2, aynı operasyonel amplifikatör (1+ r3/r4) kez amplifiye edilir ve daha sonra A/D dönüştürücüsüne girer. Mikro röle K1 kanal seçimi için kullanılır. Bu yöntem, operasyonel amplifikatör, A/D dönüştürücü ve referans voltaj kaynağını paylaşarak farklı cihazlar arasındaki farklılıkların ölçüm sonuçları üzerindeki etkisini azaltır. ICL7135'in A/D dönüşüm sonucu, mikrodenetleyicinin IO bağlantı noktasını büyük ölçüde kaydedebilen seri modda mikrodenetleyiciye bağlanır. Devreyi kalibre ederken, kalibrasyon için standart dirençler 100Ω ve 300Ω kullanılır ve kalibrasyon sonuçları ve RV mikrodenetleyici sisteminin EEPROM'unda saklanır. Gerçek ölçümde, mikrodenetleyici sistemi bilinen değerler olarak çıkarır ve RV'yi alır ve direnç RT değerini formül (3) ile hesaplar.

2.4 Ölçüm devresi testinin analizi

Üç telli dengeli köprü yöntemi ile karşılaştırıldığında, bu devrenin algılama sonuçları büyük ölçüde geliştirilmiştir. Tablo 1, iki farklı yöntemle ölçülen standart direnç değerlerinin bir karşılaştırmasıdır. Bunlar arasında R, çizgi direncidir.

Tablo 1'den, üç telli dengeli köprü yönteminin teorik ölçüm sonuçlarının büyük hatalara sahip olduğu ve R hat direncinin artmasının neden olduğu hatanın daha büyük olduğu görülebilir. Ölçülecek termal dirençin direnç değeri arttıkça, mutlak hata da artar. Tablo 1'de, ölçülen direnç rt =300 ω ve çizgi direnci R =20 ω olduğunda mutlak hata% 2.57'dir. Bu makalede kullanılan geliştirilmiş üç telli yöntemin gerçek ölçüm sonuçları, sadece 0. 3 Ω mutlak bir hataya ve ölçülen veri aralığında% 1 ± ± 0. Devrede kullanılan A/D dönüştürücü sadece 14- bit a/d dönüşüm doğruluğuna eşdeğerdir. Daha yüksek hassasiyetli bir A/D dönüştürücü kullanılırsa, daha yüksek ölçüm doğruluğu elde edilebilir. Gerçek termal direnç sensörü sıcaklık ölçüm cihazında, ölçülen direnci karşılık gelen sıcaklığa dönüştüren ilgili bir program eklemek gerekir. Yani, RT ölçüldükten sonra, gerçek sıcaklık değeri formül (1) ile doğru bir şekilde çözülebilir.

3 Sonuç

Üç telli dengeli köprü yöntemi termal direnç ölçümünde yaygın olarak kullanılır, ancak sensör kurşun direncinin neden olduğu ölçüm hatasının ortadan kaldırılamayacağı bir sorun vardır. Bu makale, termal dirençleri ölçmek için dengeli köprü yönteminde var olan sorunları analiz eder, sabit bir voltaj bölücü üç telli ölçüm yöntemi önerir, ölçüm devresi hatasının nedenlerini ve etkileyen faktörlerini analiz eder, ölçülmesi gereken bir ölçüm devresi gibi bir ölçüm devresi de dahil olmak üzere bir ölçüm devresi de dahil olmak üzere, etkilenen parametreleri ve formülleri oluşturur ve oluşturur. tek çipli mikrobilgisayar. Son olarak, tasarlanan devrenin test doğruluğu test edilir ve belirlenir. Test, üç telli dengeli köprü yöntemi 1 0 0 ~ 300Ω standart direnç değerini ölçtüğünde ve çizgi direncinin 0 ~ 20Ω olduğunu, **** ölçüm hatasının%2.57'ye ulaştığını, dengeli üç telli ölçüm hatasının sadece ±%0,1 olduğunu gösterir. Böylece, yüksek hassasiyetli üç telli termal direnç ölçüm devresi elde edilir.