Aukšto tikslumo šiluminio pasipriešinimo matavimo grandinės projektinė schema, pagrįsta trijų laidų sistema

Termistoriaus jutiklis yra temperatūros jutiklis, kurio atsparumo vertė keičiasi esant aplinkos temperatūrai. Tarp jų termistorius, pagamintas iš metalinės platinos, yra plačiai naudojamas dėl jo gero stabilumo, didelio tikslumo ir plataus temperatūros matavimo diapazono. Termotorių termometrai, skirti matuoti temperatūrą, daugiausia sudaro termometro jutikliai, matavimo ekrano prietaisai ir laidų jungiamieji. Kadangi paties termometro jutiklio jautrumas temperatūrai yra mažas, jungiamojo laido linijos atsparumas turi įtaką matavimo rezultatui, kurio negalima ignoruoti. Siekdamas pašalinti atsparumo vielos įtakai, termometras plačiai naudoja subalansuotą tilto trijų laidų jungties metodą. Šis metodas tam tikru mastu gali kompensuoti temperatūros paklaidą, tačiau vis dar egzistuoja atsparumo linijai įtaka. Siūlomas trijų laidų atsparumo laidų kompensavimo metodas, pagrįstas pastovia įtampos ir įtampos dalikliais. Grandinė yra paprasta ir lengvai įgyvendinama, o atsparumo vielai įtaka gali būti visiškai pašalinta. Palyginti su literatūroje siūlomu atsparumo laidų kompensavimo metodui, kuriame naudojama daugiau aparatinės įrangos grandinių, skirtų kompensuoti laidai, šis metodas turi paprastesnę atsparumo vielai kompensavimo grandinę.

1 Dažniausiai naudojamų termometro matavimo metodų analizė

PT100 platinos termometrui, jo pasipriešinimo ir temperatūros ryšys pateikiamas tarptautinėje temperatūros skalėje BS -90, kaip parodyta (1) formulėje.

Formulėje RT yra šiluminio rezistoriaus atsparumas T laipsnio temperatūroje, r {{0}} yra šiluminio rezistoriaus atsparumas 0 laipsnio temperatūroje, r 0=100 {} =3. 96847 × 10-3 -1. B =-5. 847x 10-7 laipsnis -2, c =-4. 22x 10-12 laipsnis -3 yra koeficientai, susiję su pačiu jutikliu.
Iš formulės (1) galima pastebėti, kad Pt1 0 0 šiluminio rezistoriaus jautrumas yra apie {0. 38Ω/ laipsnis. Norint sumažinti jungiamojo laido atsparumo linijos įtaką matavimo rezultatams, matavimui paprastai naudojamas trijų laidų tilto metodas. Vr =1 V. Grandinės principas parodytas 1 paveiksle. RT yra temperatūros matavimo rezistorius, r yra jungiamojo laido atsparumas, R1, R2, R3 yra fiksuotos tilto rankos, r 1= r 2=1 000}, r 3=100 Ω, VR yra etaloninis, o G yra G yra matavimo instrumentas. Šioje grandinėje trys laidai yra prijungti prie jutiklio tilto rankos, rezistoriaus tilto rankos ir išėjimo pabaigos. Šis metodas gali lengvai išmatuoti matuojamą pasipriešinimą RT. Tačiau realiai naudojant, tarp temperatūros jutiklio ir temperatūros matavimo grandinės dažnai yra tam tikras atstumas, o jungiamosios vielos varža yra apie 0,1 ~ 0,5 Ω/m. Negalima ignoruoti matavimo paklaidos, kurią sukelia jungiamojo laido varža R.

As shown in Figure 1, when the line resistance r is not considered, the output of the bridge is:, when the line resistance is considered, the bridge output Vc=VR(Rt+r)／(R1+Rt+r)-VR(R3+r)／(R2+R3+r), assuming kad tiltas yra subalansuotas, kai rt=rx, tai yra, r2rx=r1r3, o tilto rankos varža r 1= r 2= r 3= rx=r, kai RT keičiasi △ r, △ r, kad jis yra, kad jis būtų, kad jis būtų, kad jis yra, kad jis būtų, kad jis yra, kad jis būtų, kad jis yra, kad jis būtų, kad jis yra, kad jis yra, kad jis yra, kad jis yra {16}, kuris yra, yra △ r. Rt=r+△ r, klaidą, kurią sukelia atsparumas linijai r, gali būti apskaičiuojama taip:

Galima pastebėti, kad atsparumas vielai R daro įtaką RT matavimo rezultatui, ir jo negalima visiškai pašalinti nulinės grandinės. Remiantis aukščiau pateikta analize, siūloma pastovi įtampos daliklio trijų laidų aukšto tikslumo išankstinio stiprintuvo grandinė, kuri gali visiškai pašalinti laido paklaidas.

2 Pastovi įtampos daliklio trijų laidų matavimo grandinė

2.1 Matavimo principas

Nuolatinis įtampos daliklio trijų laidų metodas, naudojamas atsparumui matuoti, gali pašalinti atsparumo vielai trukdžius. Jo lygiavertė schema parodyta 2 paveiksle. Kur RT yra šiluminis rezistorius. R yra lygiavertis vielos pasipriešinimas. VR yra etaloninė įtampa, VAD yra A/D keitiklio etaloninė įtampa ir yra įtampos padidinimo koeficientas.

Pagrindinius santykius galima gauti pagal Ohmo įstatymą:

Remiantis (3) formule, galima pastebėti, kad kai žinoma RV ir VR, norint gauti RT, reikia išmatuoti tik V2 ir V1, ir tai neturi nieko bendra su vielos varža R. O matavimo tikslumas priklauso tik nuo RV tikslumo ir V1 ir V2 matavimo tikslumo. Tilto metodo atsparumas vielos atsparumui visiškai pašalinamas naudojant pastovaus įtampos daliklio trijų laidų metodą.
Kadangi šiluminio rezistoriaus temperatūra pakils, kai srovė praeis pro jį, reikia atsižvelgti į jo paties savaiminio šildymo paklaidą, tai yra, reikia atsižvelgti į temperatūros kilimo paklaidą, kurią sukelia srovė, tekanti per šiluminį rezistorių. Dažniausiai naudojamas PT1 0 0 šiluminio rezistoriaus pavaros srovė yra apie 1 Ma. Esant 0 laipsniui, jis prilygsta maždaug 0,1 MW galia savarankiškai. Matuojant labai tiksliai, savarankiško šildymo galia turėtų būti dar labiau sumažinta, kad būtų sumažinta savaiminio šildymo paklaida. Čia yra nustatyta Vr =2. 5v ir RV =10 kΩ, o savarankiško šildymo galia yra apie 0,006 MW.

2.2 Matavimo tikslumo pagerinimo priemonės

Panašiai kaip trijų laidų subalansuoto tilto metodas, 2 paveiksle parodytos grandinės išėjimo įtampos V1 ir V2 yra mažos, o prieš konvertavimą A/D reikia pridėti pirmojo lygio įtampos amplifikaciją. Remdos įtampos VR paprastai teikia tikslios konstantos įtampos šaltinis, kad būtų stabilus įtampos signalas. Be to, kai mikrovaldiklio programinė įranga matematiniuose skaičiavimuose pasirenka tinkamą algoritmą ir žodžio ilgį, skaičiavimo klaidą taip pat galima ignoruoti. Tačiau stiprintuvo grandinės amplifikacijos koeficientas ir RV skirsis įvairiose komponentuose, ypač masinės gamyboje, komponentų tikslumą sunku užtikrinti vienodumą. Todėl konkrečioje įvesties grandinėje taip pat reikia atsižvelgti į klaidą ir RV.
Norint pašalinti klaidą, kurią sukelia ir RV, kalibravimo metodas gali būti naudojamas automatiškai kalibruoti ir apskaičiuoti faktines grandinės ir RV vertes prietaisų gamybos metu. Tada šie du parametrai registruojami nepriimtinoje instrumento atmintyje. Kai instrumentas matuoja temperatūrą, parametrai nuskaitomi ir apskaičiuojami pagal (1) formulę, kad būtų galima gauti tikslią išmatuotą temperatūrą.
Jei ilgą laidą 2 paveiksle pakeičia trumpiausia įmanoma laida (ty r =0), o šiluminis rezistorius RT pakeičiamas tikslaus rezistoriumi R, VAD yra A/D keitiklio etaloninė įtampa, tada liko, o poilsis nesikeičia, tada:

4 formulėje R yra tikslusis rezistorius, turintis žinomą pasipriešinimo vertę; D yra A/D konvertavimo rezultatas, kurį galima lengvai nuskaityti iš prietaiso rodymo įrenginio; VR ir VAD yra etaloninės įtampos, kurios yra konstantos; yra bendras grandinės padidinimo koeficientas; K yra proporcingas a/d konversijos koeficientas, toks kaip k =214, skirtas 14- bitų a/d keitikliui. Tada yra tik du nežinomi RV ir (2) formulėje. Konkrečioje įvesties grandinėje, jei du tikslūs rezistoriai R1 ir R2 su žinomomis pasipriešinimo vertėmis yra prijungtos prie grandinės, parodytos 2 paveiksle, kad būtų galima kalibravimui (kai kalibruojant, pabandykite padaryti R =0), galima gauti dviejų kintamųjų tiesinių lygčių rinkinį. Taigi, konkrečiai įvesties grandinei, o RV galima išspręsti iš lygčių, o rezultatai yra šie:

Aukščiau pateiktą kalibravimo metodą galima apibendrinti taip: Du tikslūs standartiniai rezistoriai R1 ir R2 su žinomomis varžos vertėmis yra sujungtos atitinkamai prie prietaiso įvesties gnybtų, o jungiamojo laido atsparumas yra kuo mažiau sumažinamas. Šiuo metu registruojami prietaiso rodmenys D1 ir D2, o nežinomi kalibruoto prietaiso parametrai ir RV gali būti apskaičiuoti pakeičiant juos į (5) formulę. Naudojama, rekomenduojama naudoti tą patį etaloninį šaltinį VR ir VAD, kad (5 formulės) apskaičiavimas nepriklausytų nuo etaloninės įtampos tikslumo. Šis metodas sumažina skirtumus tarp skirtingų etaloninių šaltinių, ypač skirtingų nuorodų laiko dreifo ir temperatūros dreifo įtaka.
2.3 Matavimo grandinė
3 paveikslas yra aukšto tikslumo PT100 temperatūros matavimo sistemos priekinė įvesties grandinė, kurioje PT100 etaloninė įtampa ir A/D keitiklio atskaitos įtampa ICL7135 yra tas pats įtampos atskaitos šaltinis. Du PT100 matavimo įvesties signalai V1 ir V2 yra sustiprinami tuo pačiu veikimo stiprintuvu ({1+ R3/R4) laikais ir įveskite A/D keitiklį. Mikro relė K1 naudojama kanalo pasirinkimui. Šis metodas dalijasi operatyviniu stiprintuvu, A/D keitikliu ir etalonine įtampos šaltiniu, sumažindamas skirtingų įrenginių skirtumų poveikį matavimo rezultatams. ICL7135 A/D konvertavimo rezultatas yra prijungtas prie mikrovaldiklio nuoseklųjį režimą, kuris gali žymiai išsaugoti mikrovaldiklio IO prievadą. Kalibruojant grandinę, kalibravimui naudojami standartiniai rezistoriai 100Ω ir 300Ω, o kalibravimo rezultatai ir RV yra saugomi mikrokaldiklių sistemos EEPROM. Faktiniame matavime mikrovaldiklių sistema išima ir RV išima kaip žinomas vertes ir apskaičiuoja varžos RT vertę pagal (3) formulę.

2.4 Matavimo grandinės bandymo analizė

Palyginti su trijų laidų subalansuoto tilto metodu, šios grandinės aptikimo rezultatai buvo žymiai pagerinti. 1 lentelė yra standartinių pasipriešinimo verčių, išmatuotų dviem skirtingais metodais, palyginimas. Tarp jų R yra linijos pasipriešinimas.

Iš 1 lentelės matyti, kad trijų laidų subalansuoto tilto metodo teoriniai matavimo rezultatai turi dideles klaidas, o klaidų, kurias sukelia didėjantis atsparumas linijoms r, yra didesnė. Didėjant šiluminio rezistoriaus atsparumo vertei, padidėja ir absoliuti paklaida. 1 lentelėje absoliuti paklaida yra 2,57%, kai išmatuotas pasipriešinimas RT =300 ω ir linijos pasipriešinimas r =20 ω. Faktiniai šiame darbe naudojamo patobulinto trijų laidų metodo matavimo rezultatai turi absoliučią paklaidą tik 0. 3 Ω ir santykinė ± 0. 1% matomame duomenų diapazone. Grandinėje naudojamas A/D keitiklis yra lygus tik 14- bitų A/D konversijos tikslumui. Jei naudojamas aukštesnio tikslo A/D keitiklis, galima pasiekti didesnį matavimo tikslumą. Faktiniame šiluminio rezistoriaus jutiklio temperatūros matavimo priemonėje taip pat būtina pridėti susijusią programą, kuri išmatuotą pasipriešinimą paverčia atitinkama temperatūra. T. y., Išmatuojus RT, tikrąją temperatūros vertę galima tiksliai išspręsti pagal formulę (1).

3 Išvada

Trijų laidų subalansuotas tilto metodas yra plačiai naudojamas atliekant šiluminio rezistoriaus matavimą, tačiau yra problema, kad jutiklio švino atsparumo sukeltos matavimo paklaidos negalima pašalinti. Straipsnyje analizuojamos subalansuoto tilto metodo, skirto šiluminiams rezistoriams matuoti, problemas, siūlo pastovų įtampos daliklio trijų laidų matavimo metodą, analizuoja matavimo grandinės paklaidos priežastis ir įtaką, išveskite ir nustato įtaką ir nustato įtaką, įskaitant įtaką, taip pat ir su keičiamaisiais, taip pat ir su konvertuojimu, taip pat ir su konvertuojimu, taip pat su konvertuojamaisiais ir formulėmis, taip pat ir su konvertuojimu, taip pat ir su konvertuojimu, taip pat ir su konvertuojamaisiais, taip pat ir su konvertuojamaisiais, taip pat ir su konvertuojimu, taip pat ir su konvertuojamaisiais. vieno lusto mikrokompiuteris. Galiausiai patikrinamas ir nustatomas suprojektuotos grandinės bandymo tikslumas. Testas rodo, kad kai trijų laidų subalansuoto tilto metodas matuoja standartinę varžos vertę 1 0 0 ~ 300Ω, o atsparumas linijai yra 0 ~ 20Ω, **** matavimo paklaida siekia 2,57%, o subalansuota trijų laidų matavimo paklaida yra tik ± 0,1%. Taigi gaunama aukšto tikslo trijų laidų šiluminio rezistoriaus matavimo grandinė.