Maatregelen om de meetnauwkeurigheid van thermische weerstanden en thermokoppels te verbeteren!

2.2 Maatregelen om de meetnauwkeurigheid van thermokoppels te verbeteren
Vergelijkbaar met de drie-draads gebalanceerde brugmethode, zijn de uitgangsspanningen V1 en V2 van het circuit getoond in figuur 2 relatief klein en moet een spanningsversterker worden toegevoegd vóór A/D-conversie. De referentiespanning VR wordt in het algemeen geleverd door een precisieconstante spanningsbron om een ​​stabiel spanningssignaal te bieden. Wanneer de microcontroller -software een geschikt algoritme en woordlengte in wiskundige berekeningen selecteert, kan bovendien ook de berekeningsfout worden genegeerd. De versterkingsfactor en RV van het versterkingscircuit zullen echter variëren van component tot component, vooral in de massaproductie, wanneer de nauwkeurigheid van componenten moeilijk is om uniformiteit te garanderen. Daarom moeten voor een specifiek ingangscircuit de fouten veroorzaakt door en RV ook worden overwogen.
Om de fouten die worden veroorzaakt door en RV te elimineren, kan de kalibratiemethode worden gebruikt om automatisch de werkelijke circuit- en RV-waarden tijdens de productieproductie te kalibreren en te berekenen, en vervolgens worden deze twee parameters geregistreerd in het niet-vluchtige geheugen van het instrument. Wanneer het instrument de temperatuur meet, worden de parameters gelezen en berekend volgens formule (1) om een ​​nauwkeurige gemeten temperatuur te verkrijgen.
Als de lange draad in figuur 2 wordt vervangen door de kortst mogelijke draad (dwz r =0)) en de thermische weerstand RT wordt vervangen door een precisieweerstand R, is VAD de referentiespanning van de A/D -converter, is de spanningsvermindingsfactor en de rest blijft:

In formule (4) is r een precisieweerstand met een bekende weerstandswaarde; D is het resultaat van de A/D -conversie, die gemakkelijk kan worden gelezen vanaf het instrumentweergaveapparaat; VR en VAD zijn referentiespanningen, die constanten zijn; is de totale vergrotingsfactor van het circuit; K is de proportionele factor van de A/D -conversie, zoals k =214 voor een 14- bit a/d converter. Dan zijn er slechts twee onbekenden RV en in formule (2). Voor een specifiek ingangscircuit, als twee precisieweerstanden R1 en R2 met bekende weerstandswaarden zijn verbonden met het circuit dat in figuur 2 wordt getoond voor kalibratie (probeer bij het kalibreren R =0) te maken, een set van twee variabele lineaire vergelijkingen kunnen worden verkregen. Aldus kan voor een specifiek invoercircuit en RV worden opgelost uit de vergelijkingen, en de resultaten zijn als volgt:

De bovenstaande kalibratiemethode kan als volgt worden samengevat: twee precisienormweerstanden R1 en R2 met bekende weerstandswaarden zijn verbonden met respectievelijk de invoerterminals van het instrument, en de weerstand van de aansluitende draad wordt zoveel mogelijk geminimaliseerd. Op dit moment worden de instrumentwaarden D1 en D2 opgenomen en kunnen de onbekende parameters en RV van het gekalibreerde instrument worden berekend door ze te vervangen door formule (5). In gebruik wordt aanbevolen om dezelfde referentiebron voor VR en VAD te gebruiken, zodat de berekening van in formule (5) onafhankelijk is van de nauwkeurigheid van de referentiespanning. Deze methode vermindert de verschillen tussen verschillende referentiebronnen, met name de invloed van tijdafwijking en temperatuurafwijking van verschillende referenties.
2.3 Meetcircuit
Figuur 3 is het voor ingangscircuit van het hoogcisie PT100-temperatuurmeetsysteem, waarin de PT100-referentiespanning en de referentiespanning van de A/D-converter ICL7135 dezelfde spanningsreferentiebron zijn. De twee meetinvoersignalen V1 en V2 van PT100 worden versterkt door dezelfde operationele versterker (1+ R3/R4) en gaan vervolgens de A/D -converter in. De micro -relais K1 wordt gebruikt voor kanaalselectie. Deze methode deelt de operationele versterker, een/D -converter en referentiespanningsbron, waardoor de impact van verschillen tussen verschillende apparaten op de meetresultaten wordt verminderd. Het A/D -conversieresultaat van ICL7135 is verbonden met de microcontroller in de seriële modus, die de IO -poort van de microcontroller aanzienlijk kan redden. Bij het kalibreren van het circuit worden standaardweerstanden 100Ω en 300Ω gebruikt voor kalibratie en worden de kalibratieresultaten en RV bewaard in de EEPROM van het microcontroller -systeem. Bij de werkelijke meting neemt het microcontroller -systeem uit en berekent RV als bekende waarden en berekent de weerstand RT -waarde op formule (3).

2.4 Analyse van meetcircuittest

In vergelijking met de drie-draads gebalanceerde brugmethode zijn de detectieresultaten van dit circuit sterk verbeterd. Tabel 1 is een vergelijking van de standaardweerstandswaarden gemeten met twee verschillende methoden. Onder hen is R de lijnweerstand.

Uit tabel 1 is te zien dat de theoretische meetresultaten van de drie-draads gebalanceerde brugmethode grote fouten hebben en de fout veroorzaakt door de toename van de lijnweerstand R is groter. Naarmate de weerstandswaarde van de te gemeten thermische weerstand toeneemt, neemt de absolute fout ook toe. In tabel 1 is de absolute fout 2,57% wanneer de gemeten weerstand rt =300 Ω en de lijnweerstand r =20 Ω. De werkelijke meetresultaten van de verbeterde drie-draads methode die in dit artikel wordt gebruikt, hebben een absolute fout van alleen 0. 3 Ω en een relatieve fout van ± 0. 1% binnen het gemeten gegevensbereik. De a/d -converter die in het circuit wordt gebruikt, is alleen equivalent aan 14- bit a/d conversie nauwkeurigheid. Als een A/D-converter met een hoger precisie wordt gebruikt, kan een hogere meetnauwkeurigheid worden bereikt. In het werkelijke thermische weerstandssensor temperatuurmetingsinstrument is het ook noodzakelijk om een ​​gerelateerd programma toe te voegen dat de gemeten weerstand omzet in de overeenkomstige temperatuur. Dat wil zeggen, nadat RT is gemeten, kan de werkelijke temperatuurwaarde nauwkeurig worden opgelost door formule (1).

3 Conclusie

De drie-draads gebalanceerde brugmethode wordt veel gebruikt bij de meting van de thermische weerstand, maar er is een probleem dat de meetfout veroorzaakt door de weerstand van de sensor niet kan worden geëlimineerd. This paper analyzes the problems existing in the balanced bridge method for measuring thermal resistors, proposes a constant voltage divider three-wire measurement method, analyzes the causes and influencing factors of the measurement circuit error, derives and establishes the influencing parameters and formulas of the resistance to be measured, and designs a complete measurement circuit, including a signal amplifier and an A/D converter as well as an interface circuit with een microcomputer met één chip. Ten slotte wordt de testnauwkeurigheid van het ontworpen circuit getest en bepaald. De test laat zien dat wanneer de drie-draads gebalanceerde brugmethode de standaardweerstandswaarde van 1 {0 0 ~ 300Ω meet en de lijnweerstand 0 ~ 20Ω is, de **** meetfout 2,57%bereikt, terwijl de gebalanceerde drie-draads meetfout slechts ± 0,1%is. Aldus wordt een zeer nauwkeurige drie-draads thermisch weerstandsmetingscircuit verkregen.