Dijagram dizajna visoko preciznog mjernog kruga toplinskog otpora na temelju trožičnog sustava

Termistor senzor je temperaturni senzor čija se vrijednost otpornosti mijenja sa temperaturom okoline. Među njima je termistor izrađen od metalne platine široko korišten zbog dobre stabilnosti, visoke tačnosti i širokog raspona mjerenja temperature. Termistor termometri za mjernu temperaturu uglavnom se sastoje od senzora termometra, mjernih instrumenata za prikaz i povezivanje žica. Budući da je temperaturna osjetljivost sama senzora termometra niska, linijski otpor priključne žice ima utjecaj na rezultat mjerenja koji se ne može zanemariti. Da bi se uklonili utjecaj otpornosti na žicu, termometar koristi uravnoteženi most trožilni način povezivanja. Ova metoda može u određenoj mjeri nadoknaditi grešku u temperaturi, ali utjecaj linijeg otpora i dalje postoji. Predlaže se trožina metoda kompenzacije otpornosti na žicu zasnovana na konstantnom razdjelniku napona i napona. Krug je jednostavan i jednostavan za implementaciju, a utjecaj otpornosti na žicu može se u potpunosti ukloniti. U usporedbi s metodom kompenzacije žice predložene u literaturi koja koristi više hardverskih krugova za kompenzaciju otpornosti na žicu, ova metoda ima jednostavniji krug kompenzacije otpornosti na žicu.

1 Analiza uobičajenih metoda mjerenja termometra

Za PT100 Platinum termometar, odnos između njegovog otpora i temperature dat je u međunarodnoj temperaturi BS -90 kao što je prikazano u formuli (1).

U formuli je otpor termalnog otpora na temperaturi T stepena, r {{0}} je li tormalni otpor na temperaturu od 0 stepena, a =3. 94847 × 10-3 -1, b -2 {10-7 stepen -2, C =-4. 22x 10-12 Stupanj -3 su koeficijenti povezani sa samim senzorom.
Od formule (1), može se vidjeti da je osjetljivost PT1 {{{2} {0 termalni otpornik oko 0. 38ω / stepen. Da bi se smanjio utjecaj linijskog otpora povezivne žice na rezultat mjerenja, trožina metoda mosta se obično koristi za mjerenje. VR =1 V. Princip kruga prikazan je na slici 1. RT je otpornik za mjerenje temperature, R je povezivanje žičane otpornosti, R1, R2, R3, R 3=100 ω, VR je referentni napon, a g je mjerni instrument. U tom krugu su tri žice povezane na ruku senzora mosta, nosač otpornog mosta i kraj izlaza. Ova metoda može lako izmjeriti otpor RT za mjerenje. Međutim, u stvarnoj upotrebi često postoji određena udaljenost između temperaturnog senzora i kruga mjerenja temperature, a otpornost priključne žice je oko 0,1 ~ 0,5 ω / m. Pogreška mjerenja uzrokovana otpornošću na povezivanje žica R ne može se zanemariti.

Kao što je prikazano na slici 1, kada se ne razmatra reint mosta:, kada se izlaz mosta, izlaz mosta Vc {{1}) / (R 2+ r 3+ r), pretpostavljajući da je most uravnotežen kada je RT=RX, odnosno to, R2RX=Otpor ruke R 1= R 3= R 3= R 3= R 3= R 3= R 3= R 3= R 3= R 3= R {1= R 3= r.

Može se vidjeti da otpornost na žicu utječe na mjerenje rezultata RT-a, a ne može se u potpunosti eliminirati nularnim krugom. Na osnovu gornje analize predlažu se stalni analiza tro-žig precizni precizno precizno predloživač koji može u potpunosti eliminirati žičane greške.

2 stalni napon razdjelnički tro-žični mjerni krug

2.1 Princip mjerenja

Stalni napon razdjelnički trožični način korištena ovdje korištena za mjerenje otpora može eliminirati smetnje otpornosti na žicu. Njegov ekvivalentni šematski dijagram prikazan je na slici 2. Gdje je RT termički otpornik. R je ekvivalentna otpornost žice. VR je referentni napon, VAD je referentni napon A / D pretvarača, a je faktor povećanja napona.

Osnovni odnos može se dobiti iz zakona OHM-a:

Od formule (3) može se vidjeti da su RV i VR poznati, da biste dobili RT, samo V2 i V1 trebaju se izmjeriti, a nema nikakve veze sa žičanim otporom r. A točnost mjerenja ovisi samo o tačnosti RV-a i mjernom preciznošću V1 i V2. Žičana otpornost koja se ne može eliminirati u metodi mosta u potpunosti se eliminira u trožičnom metodu stalnog napona.
Budući da će temperatura termičkog otpora porasti kada se struja prođe kroz njega, mora se uzeti u obzir vlastitu grešku za samo grijanje, odnosno greške u temperaturi uzrokovanu trenutnim tekućim toplinskim otpornikom. The Thermal otpornički pogon je obično koristio struju termalne otpornike iznosi oko 1 mA. U 0 stepen ekvivalent je samo-grijanju snage oko 0,1 MW. Prilikom mjerenja s visokom preciznošću, samo-grijanje moć treba dalje smanjiti za smanjenje greške na samo-grijanju. Ovdje su postavljeni VR =2 5V i RV =10 Kω, a snaga samo grijanja je oko 0,006 MW.

2.2 Mjere za poboljšanje tačnosti mjerenja

Slično kao trožilni izbalansiran most, izlazni naponi V1 i V2 kruga prikazani na slici 2 su male vrijednosti, a prije A / D konverzije na prvu razinu treba dodati pojačanje napona. Referentni napon VR općenito se pruža preciznoj konstantnom izvoru napona za pružanje stabilnog signala napona. Pored toga, kada softver mikrokontrolera odabere odgovarajući algoritam i dužinu riječi u matematičkim proračunima, greška izračuna se takođe može zanemariti. Međutim, faktor pojačanja i RV pojačala kruga će se razlikovati od komponente komponente, posebno u masovnoj proizvodnji, tačnost komponenti je teško osigurati ujednačenost. Stoga, za određeni ulazni krug, mora se razmotriti i greška uzrokovana i RV.
Da bi se eliminirala pogreška uzrokovana i RV, metoda kalibracije može se koristiti za automatsko kalibraciju i izračunavanje stvarnih krugova i RV vrijednosti tijekom proizvodnje instrumenata. Ova dva parametara se zatim bilježe u nehlapljivoj memoriji instrumenta. Kada instrument mjeri temperaturu, parametri se čitaju i izračunavaju prema formuli (1) za dobivanje precizne izmjerene temperature.
Ako se duga žica na slici 2 zamjenjuje najkraćim mogućim žicom (tj. R =0), a termički otpornik RT zamjenjuje precizni otpornik R, VAD je referentni napon A / D pretvarača, a ostatak ostaju nepromijenjeni, a zatim ostatak nepromijenjeni, a zatim ostaje nepromijenjen.

U formuli (4), R je precizni otpornik s poznatom vrijednošću otpora; D je rezultat A / D konverzije, koji se lako može pročitati s uređaja za prikaz instrumenta; VR i VAD su referentni naponi, koji su konstanti; je ukupni faktor uvećanja kruga; K je proporcionalan faktor pretvorbe A / D, poput K =214 za 14- bitan A / D pretvarač. Zatim postoje samo dva nepoznata RV i formule (2). Za određeni ulazni krug, ako su dva precizni otpornici R1 i R2 sa poznatim vrijednosti otpora povezani na krug prikazan na slici 2 za kalibraciju (kada se kalibrira, pokušajte napraviti r {=0), može se dobiti nit od dvije varijable linearne jednadžbe. Stoga se za određeni ulazni krug i RV mogu riješiti iz jednadžbi, a rezultati su sljedeći:

Gore navedena metoda kalibracije može se sažeti na sljedeći način: dva preciznost standardnih otpornika R1 i R2 sa poznatim vrijednostima otpora povezana su na ulazni terminale instrumenta, a otpornost na povezivnu žicu umanjuje se što je više moguće. U ovom trenutku se bilježe očitanja instrumenta D1 i D2, a nepoznati parametri i RV kalibriranog instrumenta mogu se izračunati zamjenom u formulu (5). U upotrebi, preporučuje se upotreba istog referentnog izvora za VR i VAD, tako da je izračun u formuli (5) neovisan o tačnosti referentnog napona. Ova metoda smanjuje razlike između različitih referentnih izvora, posebno utjecaj vremena i temperaturnih i temperaturnih referenci.
2.3 Mjerni krug
Slika 3 je prednji ulazni krug visoko preciznog PT100 Mjernički sustav za mjerenje temperature u kojem su referentni napon PT100 i referentni napon A / D Converter ICL7135 isti referentni izvor napona. Dva mjerna ulazna signala V1 i V2 PT100 pojačavaju se istim operativnim pojačalom ({{8} R3 / R4) vremena, a zatim unesite A / D pretvarač. Micro Relej K1 koristi se za odabir kanala. Ova metoda dijeli operativni pojačalo, A / D pretvarač i izvor referentnog napona, smanjujući utjecaj razlika između različitih uređaja na rezultate mjerenja. Rezultat konverzije A / D ICL7135 povezan je sa mikrokontrolerom u serijskom režimu, koji može u velikoj mjeri spasiti IO port mikrokontrolera. Kada kalibriraju krug, standardni otpornici 100ω i 300ω koriste se za kalibraciju, a rezultati kalibracije i RV pohranjuju se u EEPROM sistema mikrokontrolera. U stvarnom mjerenju, sistem mikrokontrolera izvodi i RV kao poznate vrijednosti i izračunava otpornost RT vrijednost po formuli (3).

2.4 Analiza ispitivanja mjernog kruga

U usporedbi s trožičnim izbalansiranom metodom mosta, rezultati otkrivanja ovog kruga uvelike su poboljšani. Tabela 1 je usporedba standardnih vrijednosti otpora mjerenih dvije različite metode. Među njima je R linijski otpor.

Može se vidjeti iz tablice 1 da teorijski mjerni rezultati tro-žici uravnotežene mostove imaju velike greške, a greška uzrokovana povećanjem otpornosti na liniju R je veći. Kako se vrijednost otpornosti toplotnog otporna za mjeri povećava, apsolutna greška se povećava i. U tablici 1 apsolutna greška iznosi 2,57% kada je izmjerena otpornost RT =300 ω i linijski otpor r =20 ω. Stvarni rezultati mjerenja poboljšanog trožičnog metode korištene u ovom radu imaju apsolutnu grešku samo {0. 3 ω i relativna greška ± 0. 1% unutar izmjerenog raspona podataka. A / D pretvarač koji se koristi u krugu je jednak samo 14- bitno a / d preciznost konverzije. Ako se koristi viši precizni A / D pretvarač, može se postići veća tačnost mjerenja. U stvarnom instrumentu temperature termalnog otpornika, također je potrebno dodavati srodni program koji pretvara izmjerenu otpornost u odgovarajuću temperaturu. To je, nakon što se izmjeri RT, stvarna vrijednost temperature može se tačno riješiti formulom (1).

3 Zaključak

Trožično uravnoteženi metod mosta široko se koristi u mjerenju termičkog otpora, ali postoji problem da se pogreška mjerenja uzrokovana otpornošću o olovom senzora ne može biti eliminirana. Ovaj rad analizira probleme koji postoje u uravnoteženoj metodi mosta za mjerenje termičkog otpornika, analizira uzroke i utječu na utjecaj na mjernu grešku i oblikovanje otpornosti, uključujući signalni pojačač i A / D pretvarač kao i interfejs krug s a Jednokrevetni mikroračunalo. Konačno, testiranje testiranja dizajniranog kruga testira se i utvrđuje. Test pokazuje da je trožino uravnotežena metoda mosta mjeri standardnu ​​vrijednost otpornosti od 1 {0 0 ~ 3 300ω, a linijski otpor je 0 ~ 20ω, **** mjerna greška dostiže 2,57%, dok je uravnotežena tri-žična mjerna greška samo ± 0,1%. Tako se dobija visoko precizni trožilni toplotni otpornik za mjerenje toplotnog otpora.