Misure per migliorare l'accuratezza della misurazione di resistori termici e termocoppie!

2.2 Misure per migliorare l'accuratezza della misurazione delle termocoppie
Simile al metodo del ponte bilanciato a tre fili, le tensioni di uscita V1 e V2 del circuito mostrate nella Figura 2 sono relativamente piccole e un amplificatore di tensione deve essere aggiunto prima della conversione A/D. La tensione di riferimento VR è generalmente fornita da una sorgente di tensione costante di precisione per fornire un segnale di tensione stabile. Inoltre, quando il software MicroController seleziona un algoritmo appropriato e la lunghezza delle parole nei calcoli matematici, l'errore di calcolo può anche essere ignorato. Tuttavia, il fattore di amplificazione e il camper del circuito dell'amplificatore varieranno da componente a componente, specialmente nella produzione di massa, quando l'accuratezza dei componenti è difficile garantire l'uniformità. Pertanto, per un circuito di input specifico, devono essere considerati anche gli errori causati da e RV.
Al fine di eliminare gli errori causati da e RV, il metodo di calibrazione può essere utilizzato per calibrare e calcolare automaticamente i valori del circuito e RV effettivi durante la produzione di strumenti, quindi questi due parametri vengono registrati nella memoria non volatile dello strumento. Quando lo strumento misura la temperatura, i parametri vengono letti e calcolati in base alla formula (1) per ottenere una temperatura misurata accurata.
Se il filo lungo nella Figura 2 è sostituito dal filo più corto possibile (cioè r =0) e il resistore termico RT viene sostituito da un resistore di precisione R, VAD è la tensione di riferimento del convertitore A/D, è il fattore di ingrandimento della tensione e il resto rimane invalido, quindi:

Nella formula (4), R è un resistore di precisione con un valore di resistenza noto; D è il risultato della conversione A/D, che può essere facilmente letta dal dispositivo di visualizzazione dello strumento; VR e VAD sono tensioni di riferimento, che sono costanti; è il fattore di ingrandimento totale del circuito; K è il fattore proporzionale della conversione A/D, come K =214 per un convertitore A/D Bit 14-. Quindi ci sono solo due incognite RV e in formula (2). Per un circuito di ingresso specifico, se due resistori di precisione R1 e R2 con valori di resistenza noti sono collegati al circuito mostrato nella Figura 2 per la calibrazione (durante la calibrazione, provare a fare R =0), è possibile ottenere un insieme di equazioni lineari a due variabili. Pertanto, per un circuito di ingresso specifico e il RV può essere risolto dalle equazioni e i risultati sono i seguenti:

Il metodo di calibrazione sopra può essere riassunto come segue: due resistori standard di precisione R1 e R2 con valori di resistenza noti sono collegati rispettivamente ai terminali di ingresso dello strumento e la resistenza del filo di collegamento è minimizzata il più possibile. Al momento, vengono registrate le letture degli strumenti D1 e D2 e ​​i parametri sconosciuti e il camper dello strumento calibrato possono essere calcolati sostituendole nella formula (5). In uso, si consiglia di utilizzare la stessa fonte di riferimento per VR e VAD, in modo che il calcolo di in formula (5) sia indipendente dall'accuratezza della tensione di riferimento. Questo metodo riduce le differenze tra diverse fonti di riferimento, in particolare l'influenza della deriva del tempo e della deriva della temperatura di diversi riferimenti.
2.3 Circuito di misurazione
La Figura 3 è il circuito di ingresso anteriore del sistema di misurazione della temperatura PT100 ad alta precisione, in cui la tensione di riferimento PT100 e la tensione di riferimento del convertitore A/D ICL7135 sono la stessa fonte di riferimento di tensione. I due segnali di input di misurazione V1 e V2 di Pt100 sono amplificati dallo stesso amplificatore operativo (1+ R3/R4) e quindi immettere il convertitore A/D. Il micro relè K1 viene utilizzato per la selezione dei canali. Questo metodo condivide l'amplificatore operativo, il convertitore A/D e la fonte di tensione di riferimento, riducendo l'impatto delle differenze tra diversi dispositivi sui risultati della misurazione. Il risultato di conversione A/D di ICL7135 è collegato al microcontrollore in modalità seriale, che può salvare notevolmente la porta IO del microcontrollore. Quando si calibrano il circuito, i resistori standard 100Ω e 300Ω vengono utilizzati per la calibrazione e i risultati della calibrazione e il camper vengono memorizzati nella EEPROM del sistema di microcontrollore. Nella misurazione effettiva, il sistema microcontrollore elimina e RV come valori noti e calcola il valore RT di resistenza per formula (3).

2.4 Analisi del test del circuito di misurazione

Rispetto al metodo del ponte bilanciato a tre fili, i risultati di rilevamento di questo circuito sono stati notevolmente migliorati. La tabella 1 è un confronto tra i valori di resistenza standard misurati con due metodi diversi. Tra questi, R è la resistenza alla linea.

Dalla Tabella 1 si può vedere che i risultati della misurazione teorica del metodo del ponte bilanciato a tre fili presentano grandi errori e l'errore causato dall'aumento della resistenza alla linea R è maggiore. Man mano che il valore di resistenza della resistenza termica da misurare aumenta, aumenta anche l'errore assoluto. Nella tabella 1, l'errore assoluto è del 2,57% quando la resistenza misurata Rt =300 ω e la resistenza della linea r =20 ω. I risultati di misurazione effettiva del metodo a tre fili migliorati utilizzati in questo documento hanno un errore assoluto solo di 0. 3 Ω e un errore relativo di ± 0. 1% all'interno dell'intervallo di dati misurato. Il convertitore A/D utilizzato nel circuito è solo equivalente alla precisione di conversione A/D Bit Bit. Se viene utilizzato un convertitore A/D più alto, è possibile ottenere una maggiore precisione di misurazione. Nell'effettivo strumento di misurazione della temperatura del sensore di resistenza termica, è anche necessario aggiungere un programma correlato che converte la resistenza misurata nella temperatura corrispondente. Cioè, dopo la misurazione di RT, il valore di temperatura effettivo può essere risolto accuratamente mediante formula (1).

3 Conclusione

Il metodo del ponte bilanciato a tre fili è ampiamente utilizzato nella misurazione della resistenza termica, ma non è possibile eliminare il problema che l'errore di misurazione causato dalla resistenza al piombo del sensore. Questo documento analizza i problemi esistenti nel metodo del ponte bilanciato per la misurazione di resistori termici, propone un metodo di misurazione a tre fili del divisore di tensione costante, analizza le cause e i fattori influenzanti del circuito di misurazione, tra cui un segnali di amplifica Circuito di interfaccia con un microcomputer a chip singolo. Infine, l'accuratezza del test del circuito progettato viene testata e determinata. Il test mostra che quando il metodo del ponte bilanciato a tre fili misura il valore di resistenza standard di 1 0 0 ~ 300Ω e la resistenza della linea è 0 ~ 20Ω, l'errore di misurazione **** raggiunge il 2,57%, mentre l'errore di misurazione a tre fili bilanciati è solo ± 0,1%. Pertanto, si ottiene un circuito di misurazione della resistenza termica a tre fili ad alta precisione.