Návrhový diagram obvodu merania tepelného odporu s vysokým presným

Senzor termistora je teplotný senzor, ktorého hodnota odporu sa mení s okolitou teplotou. Medzi nimi je termistor vyrobený z kovovej platiny široko používaný kvôli jeho dobrej stabilite, vysokej presnosti a rozsahu merania širokého teploty. Termometre termistorov na meranie teploty sa skladajú hlavne zo snímačov teplomerov, meracích zobrazovacích prístrojov a spojovacích drôtov. Pretože citlivosť na teplotu samotného snímača teplomeru je nízka, odpor viazania spojovacieho drôtu má vplyv na výsledok merania, ktorý nemožno ignorovať. Aby sa odstránil vplyv odporu drôtu, teplomer široko používa vyváženú metódu trojvodičového pripojenia. Táto metóda môže do istej miery kompenzovať chybu teploty, ale vplyv odporu čiary stále existuje. Navrhuje sa metóda kompenzácie trojvodičného drôtu založená na konštantnom napätí a deliteľovi napätia. Obvod je jednoduchý a ľahko implementoval a vplyv odporu drôtu môže byť úplne eliminovaný. V porovnaní s metódou kompenzácie drôtu navrhovanej v literatúre, ktorá používa viac hardvérových obvodov na kompenzáciu odporu drôtu, má táto metóda jednoduchší obvod na kompenzáciu odporu drôtu.

1 Analýza bežne používaných metód merania teplomeru

V prípade teplomeru PT100 platiny je vzťah medzi jeho odporom a teplotou uvedený v Medzinárodnej teplotnej stupnici BS -90, ako je znázornené vo vzorci (1).

Vo vzorci je RT odpor tepelného rezistora pri teplote T, r {{0} je odpor tepelného odporu pri teplote 0 stupňov, r 0=100 Ω, {{{3} {{{{3} {{{{{ B =-5. 847x 10-7 Stupeň -2, C =-4. 22x 10-12 Stupeň {-3 sú koeficienty súvisiace so samotným snímačom.
Z vzorca (1) je zrejmé, že citlivosť pt1 0 0 tepelný odpor je asi 0. 38Ω/ stupň. Aby sa znížil vplyv línie odporu spojovacieho drôtu na výsledok merania, na meranie sa všeobecne používa metóda trojvodičového mosta. VR =1 V. Princíp obvodu je znázornený na obrázku 1. RT je teplota meracieho odporu, r je odporový drôtový odpor, R1, R2, R3, R1, R1, R1, R2, R {1= R {}} Ω, R 3=100 Ω, VR je referenčné volty a g a g. V tomto okruhu sú k ramenu senzora, ramenu mostov rezistora a výstupného konca pripojené tri vodiče. Táto metóda môže ľahko zmerať odpor RT, ktorý sa má merať. Pri skutočnom používaní je však často určitá vzdialenosť medzi snímačom teploty a obvodom merania teploty a odpor spojovacieho drôtu je asi 0,1 ~ 0,5 Ω/m. Chyba merania spôsobeného odporom spojovacieho drôtu R nemožno ignorovať.

Ako je znázornené na obrázku 1, keď sa nezohľadňuje odporový odpor R, výstup mosta je:, keď sa uvažuje o odporu riadku, výstup mosta vc {{}} vr (rt+r) ／ (r {1+ rt+r) -Vr (r {{}} r) ／ (r {{}} {} {} {} {} {} {}} {} {}} { Za predpokladu, že most je vyvážený, keď je RT=rx, tj, r2rx=r1r3 a rameno mosta r {1= r 2= r {}}} rx=r, keď sa zmení rt rt rt, that, that, that Is, that Is, that Is, that Is, that Is, that Is, that Is, that Is, that Is, that, that Is, that Is, that Is, that Is Rt=r+△ r, chyba spôsobená existenciou odporu riadku r sa dá vypočítať ako:

Je zrejmé, že odpor drôtu R ovplyvňuje výsledok merania RT a nemôže byť úplne eliminovaný nulovým obvodom. Na základe vyššie uvedenej analýzy je navrhnutý trojdielny vysokohodný obvod predzosilňovača, ktorý môže úplne eliminovať chyby drôtu, navrhnutý trojvodičový delič.

2 DETIDER s konštantným napätím Troj vodičový merací obvod

2.1 Princíp merania

Metóda konštantného deliaceho napätia, ktorá sa tu používa na meranie odporu, môže eliminovať rušenie odporu drôtu. Jeho ekvivalentný schematický diagram je znázornený na obrázku 2. Kde RT je tepelný rezistor. R je ekvivalentný odpor drôtu. VR je referenčné napätie, VAD je referenčné napätie prevodníka A/D a je faktorom zväčšenia napätia.

Základný vzťah je možné získať zo zákona Ohm:

Z vzorca (3) je zrejmé, že keď sú známe RV a VR, je potrebné merať iba RT, je potrebné merať iba V2 a V1 a nemá nič spoločné s drôtovým odporom r. A presnosť merania závisí iba od presnosti RV a presnosti merania V1 a V2. Odpor drôtu, ktorý nemožno v metóde Bridge Eliminovať, je úplne eliminovaný v metóde trojvodiča konštantného napätia.
Pretože teplota tepelného odporu sa zvýši, keď cez ňu prechádza prúd, musí sa zvážiť jeho vlastná chyba samovyžania, to znamená, že sa musí zvážiť chyba zvýšenia teploty spôsobená prúdom pretekajúcim tepelným odporom. Bežne používané PT1 0 0 Termálny rezistorový prúd jednotky je asi 1 mA. V stupni 0 je rovnocenná s samoliečnou silou asi 0,1 MW. Pri meraní s vysokou presnosťou by sa mala na zníženie chyby samovyžania viac zredukovať, aby sa znížila samoobslužná sila. Tu sú nastavené VR =2. 5V a rv =10 kΩ a samoreznávacia sila je asi 0,006 mW.

2.2 Opatrenia na zlepšenie presnosti merania

Podobne ako v prípade metódy trojvodiča vyváženého mosta, výstupné napätie V1 a V2 obvodu znázorneného na obrázku 2 majú malú hodnotu a pred konverziou A/D by sa malo pridať zosilnenie napätia prvej úrovne. Referenčné napätie VR je všeobecne poskytované zdrojom presného konštantného napätia, aby sa poskytol stabilný signál napätia. Okrem toho, keď softvér mikrokontroléru vyberie v matematických výpočtoch príslušný algoritmus a dĺžku slov, môže sa ignorovať aj chyba výpočtu. Avšak amplifikačný faktor a RV obvodu zosilňovača sa budú líšiť v závislosti od komponentu k komponentu, najmä pri výrobe hmotnosti, presnosť komponentov je ťažké zabezpečiť rovnomernosť. Preto sa musí zvážiť aj pre konkrétny vstupný obvod, chyba spôsobená RV.
Aby sa eliminovala chyba spôsobená a RV, kalibračná metóda sa môže použiť na automatickú kalibráciu a výpočet skutočných hodnôt obvodu a RV počas výroby prístroja. Tieto dva parametre sa potom zaznamenávajú v neprchavej pamäti prístroja. Keď prístroj meria teplotu, parametre sa odčítajú a vypočítajú podľa vzorca (1), aby sa získala presná nameraná teplota.
Ak je dlhý drôt na obrázku 2 nahradený najkratším možným drôtom (tj r =0) a tepelný odpor RT sa nahradí presným odporom R, VAD je referenčné napätie prevodníka A/D, je faktor zväčšenia napätia nezmenený, potom:

Vo vzorci (4) je R presný rezistor so známou hodnotou odporu; D je výsledok konverzie A/D, ktorú je možné ľahko prečítať zo zariadenia na zobrazenie prístroja; VR a VAD sú referenčné napätia, ktoré sú konštanty; je celkový zväčšovací faktor obvodu; K je proporcionálny faktor konverzie A/D, napríklad k =214 pre 14- bit A/D prevodník. Potom sú iba dve neznáme RV a vo vzorci (2). Pre konkrétny vstupný obvod, ak sú dva presné rezistory R1 a R2 so známymi hodnotami odporu pripojené k obvodu znázornené na obrázku 2 na kalibráciu (pri kalibrácii, skúste urobiť r =0), je možné získať množinu dvojpriemerných lineárnych rovníc. Pre konkrétny vstupný obvod a RV je možné vyriešiť z rovníc a výsledky sú nasledujúce:

Vyššie uvedená kalibračná metóda je možné zhrnúť nasledovne: Dva presné štandardné odpory R1 a R2 so známymi hodnotami odporu sú pripojené k vstupným terminálom prístroja a odpor spojovacieho vodiča sa čo najviac minimalizuje. V súčasnosti sa zaznamenávajú hodnoty prístroja D1 a D2 a neznáme parametre a RV kalibrovaného nástroja sa môžu vypočítať ich nahradením do vzorca (5). Pri použití sa odporúča používať rovnaký referenčný zdroj pre VR a VAD, takže výpočet vzorca (5) je nezávislý od presnosti referenčného napätia. Táto metóda znižuje rozdiely medzi rôznymi referenčnými zdrojmi, najmä vplyvom časového posunu a teplotného posunu rôznych odkazov.
2.3 merací obvod
Obrázok 3 je predný vstupný obvod vysoko presného systému merania teploty PT100, v ktorom je referenčné napätie PT100 a referenčné napätie A/D prevodníka ICL7135 rovnakým zdrojom referenčného napätia. Dva vstupné signály merania V1 a V2 PT100 sú zosilnené rovnakým prevádzkovým zosilňovačom (1+ R3/R4) časom a potom zadajte A/D prevodník. Mikro relé K1 sa používa na výber kanálov. Táto metóda zdieľa prevádzkový zosilňovač, prevodník A/D a referenčný zdroj napätia, čím sa znižuje vplyv rozdielov medzi rôznymi zariadeniami na výsledky merania. Výsledok konverzie A/D ICL7135 je pripojený k mikrokontroléru v sériovom režime, ktorý môže výrazne uložiť port IO mikrokontroléra. Pri kalibrácii obvodu sa na kalibráciu používajú štandardné rezistory 100Ω a 300Ω a výsledky kalibrácie a RV sa ukladajú do EEPROM mikrokontroléra. Pri skutočnom meraní systém mikrokontroléru vyberie a RV ako známe hodnoty a vypočítava hodnotu RT odporu podľa vzorca (3).

2.4 Analýza testu merania obvodu

V porovnaní s trojvodičovou vyváženou metódou mosta sa výsledky detekcie tohto obvodu výrazne zlepšili. Tabuľka 1 je porovnanie štandardných hodnôt odporu merané dvoma rôznymi metódami. Medzi nimi je R je odpor v línii.

Z tabuľky 1 je zrejmé, že výsledky teoretického merania metódy vyváženého mosta s trojvodičom majú veľké chyby a chyba spôsobená zvýšením odporu línie R je väčšia. Ako sa zvyšuje hodnota odporu tepelného odporu, ktorý sa má merať, zvyšuje sa aj absolútna chyba. V tabuľke 1 je absolútna chyba 2,57%, keď nameraný odpor RT =300 Ω a odporový odpor R =20 Ω. Skutočné výsledky merania vylepšenej trojvodičovej metódy použitej v tomto článku majú absolútnu chybu iba 0. 3 Ω a relatívna chyba ± 0. 1% v rozsahu nameraného dátového rozsahu. Prevodník A/D použitý v obvode je rovnocenný iba s presnosťou konverzie Bit A/D. Ak sa použije prevodník A/D s vyššou presnosťou, je možné dosiahnuť vyššiu presnosť merania. V skutočnom prístroji na meranie teploty tepelného odporu je potrebné tiež pridať súvisiaci program, ktorý prevádza nameraný odpor na zodpovedajúcu teplotu. To znamená, že po meraní RT sa skutočná teplotná hodnota môže presne vyriešiť vzorcom (1).

3 Záver

Pri meraní tepelného odporu sa široko používa metóda mostu s tromi drôtom, ale existuje problém, že chyba merania spôsobená rezistenciou na olova senzora nie je možné odstrániť. Tento článok analyzuje problémy existujúce v metóde vyváženého mosta na meranie tepelných rezistorov, navrhuje metódu merania trojprôb konštantného napätia, analyzuje príčiny a ovplyvňujú faktory chyby meracieho obvodu, odvodzuje a vytvára vplyv ovplyvňujúcich parametrov a kongresu a konferencie a konferencie a kongresu a konferencie a kongresu mikropočítač s jedným čipom. Nakoniec je testovaná a určená presnosť testu navrhnutého obvodu. Test ukazuje, že keď metóda trojdielneho vyváženého mostíka meria štandardnú hodnotu odporu 1 0 0 ~ 300Ω a odpor čiary je 0 ~ 20Ω, chyba merania **** dosahuje 2,57%, zatiaľ čo vyvážená chyba merania trojprúdov je iba ± 0,1%. Získa sa teda vysoko presný trojvodičový obvod merania tepelného odporu.