Дизайн схемы высокой схемы измерения тепловой сопротивления на основе трехпроводной системы

Термисторный датчик - это датчик температуры, значение сопротивления которого изменяется с температурой окружающей среды. Среди них термистор, изготовленный из металлической платины, широко используется из -за его хорошей стабильности, высокой точности и широкого диапазона измерения температуры. Термисторные термометры для измерения температуры в основном состоит из датчиков термометра, измерения дисплейных приборов и соединительных проводов. Поскольку чувствительность температуры самого датчика термометра низкая, сопротивление линии соединительного провода оказывает влияние на результат измерения, который нельзя игнорировать. Чтобы устранить влияние сопротивления провода, термометр широко использует метод трехпроводного соединения сбалансированного моста. Этот метод может в определенной степени компенсировать ошибку температуры, но влияние сопротивления линии все еще существует. Предлагается трехпроводящий метод компенсации сопротивления провода, основанный на постоянном напряжении и разделителе напряжения. Схема проста и проста в реализации, а влияние сопротивления провода может быть полностью устранено. По сравнению с методом компенсации с сопротивлением провода, предложенным в литературе, который использует больше аппаратных цепей для компенсации сопротивления провода, этот метод имеет более простую цепь компенсации сопротивления провода.

1 Анализ часто используемых методов измерения термометра

Для платинового термометра PT100 взаимосвязь между его сопротивлением и температурой приведена в международной температурной шкале BS -90, как показано в формуле (1).

В формуле RT является сопротивлением термического резистора при температуре T -степени, r {{0}} является сопротивлением термического резистора при температуре 0 градусов, r 0=100 ω, {3}}. B =-5. 847x 10-7 степень -2, c =-4. 22x 10-12 градус -3 - это коэффициенты, связанные с самим датчиком.
Из формулы (1) видно, что чувствительность Pt1 0 0 термического резистора составляет 0. 38 Ом/ степень. Чтобы уменьшить влияние сопротивления линии соединительного провода на результат измерения, метод трехпроводного моста обычно используется для измерения. Vr =1 V. Принцип схемы показан на рисунке 1. RT - это резистор измерения температуры, R - сопротивление соединительного провода, R1, R2, R3 - фиксированные рычаги моста, r 1= r 2=1 000 ω, r 3=100 ω, vr vr vrtage и g. В этой схеме три провода соединены с рычагом моста датчика, руке моста резистора и выходным концом соответственно. Этот метод может легко измерить RT сопротивления. Однако в фактическом использовании часто наблюдается определенное расстояние между датчиком температуры и схемой измерения температуры, и удельное сопротивление соединительного провода составляет около 0,1 ~ 0,5 Ом/м. Ошибка измерения, вызванная сопротивлением соединительного провода R, не может быть проигнорирована.

Как показано на рисунке 1, когда резистентность к линии r не рассматривается, выход моста:, когда рассматривается сопротивление линии, выход моста vc=vr (rt+r) ／ (r 1+ rt+r) -vr (r 3+ r) {{{2+ r {{3+}}}} {{3+}}}}) мост сбалансирован, когда rt=rx, то есть r2rx=r1r3, и сопротивление рычага моста r 1= r 2= r {{16} rx {{17} r, когда rt изменяется на △ r, что такое Rt=r+△ r, ошибка, вызванная существованием сопротивления линии r, может быть рассчитана как:

Можно видеть, что сопротивление провода R влияет на результат измерения RT, и оно не может быть полностью устранено с помощью цепи нуля. На основании вышеуказанного анализа предлагается трехпроводная цепь высокопроходного предварительного председателя, которая может полностью устранить ошибки проволоки.

2 Трехпроводная цепь измерения постоянного напряжения

2.1 Принцип измерения

Трехпроводный метод постоянного напряжения, используемый здесь для измерения сопротивления, может устранить помехи сопротивления провода. Его эквивалентная схематическая диаграмма показана на рисунке 2. Где RT - тепловой резистор. r - эквивалентное сопротивление провода. VR является эталонным напряжением, VAD является эталонным напряжением конвертера A/D и является коэффициентом увеличения напряжения.

Основные отношения могут быть получены из закона Ома:

Из формулы (3) видно, что когда RV и VR известны, чтобы получить RT, необходимо измерить только V2 и V1, и это не имеет ничего общего с сопротивлением провода R. И точность измерения зависит только от точности RV и точности измерения V1 и V2. Сопротивление провода, которое не может быть устранено в методе моста, полностью исключено в трехпроводном методе постоянного напряжения.
Поскольку температура теплового резистора будет возрастать, когда ток проходит через него, необходимо учитывать его собственную ошибку самопогревания, то есть ошибка повышения температуры, вызванная током, протекающим через тепловой резистор. Обычно используемый pt1 0 0 ток привода резистора составляет около 1 мА. В 0 степень, он эквивалентен самоустраивающейся силе около 0,1 МВт. При измерении с высокой точностью мощность самостоятельного нарыва должна быть дополнительно уменьшена, чтобы уменьшить ошибку самопогревания. Здесь vr =2. 5V и rv =10 Kom установлены, а мощность самонаделения составляет около 0,006 МВт.

2.2 Измерения по повышению точности измерения

Подобно трехпроводному методу сбалансированного моста, выходные напряжения V1 и V2 схемы, показанной на рисунке 2, имеют небольшие значения, а усиление напряжения первого уровня должна быть добавлена ​​перед конверсией A/D. Опорное напряжение VR обычно обеспечивается источником точного постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильный сигнал напряжения. Кроме того, когда программное обеспечение для микроконтроллера выбирает соответствующий алгоритм и длину слова в математических расчетах, ошибку расчета также можно игнорировать. Тем не менее, коэффициент усиления и RV схемы усилителя будут варьироваться от компонента к компоненту, особенно при массовом производстве, точность компонентов трудно обеспечить однородность. Следовательно, для определенной входной схемы необходимо также учитывать ошибку, вызванную и RV.
Чтобы устранить ошибку, вызванную и RV, метод калибровки может использоваться для автоматической калибровки и вычисления фактических значений схемы и RV во время производства прибора. Эти два параметра затем записываются в нелетучих памяти инструмента. Когда прибор измеряет температуру, параметры считываются и рассчитываются в соответствии с формулой (1) для получения точной измеренной температуры.
Если длинный провод на рисунке 2 заменен на самый короткий провод (то есть r =0), а теплостой резистор RT заменяется точным резистором R, VAD - это опорное напряжение конвертера A/D, коэффициент увеличения напряжения, а остальные остаются неизменным, то::

В формуле (4) r является точным резистором с известным значением сопротивления; D является результатом преобразования A/D, которое можно легко прочитать с устройства отображения прибора; VR и VAD являются эталонными напряжениями, которые являются постоянными; является общим коэффициентом увеличения схемы; K является пропорциональным фактором преобразования A/D, например k =214 для 14- бита A/D. Тогда есть только два неизвестных RV и в формуле (2). Для конкретной входной схемы, если два точных резистория R1 и R2 с известными значениями сопротивления подключены к схеме, показанной на рисунке 2 для калибровки (при калибровке, попытаться сделать R =0), можно получить набор из двух переменных линейных уравнений. Таким образом, для конкретной входной схемы, и RV может быть решена из уравнений, и результаты следующие:

Приведенный выше метод калибровки может быть суммирован следующим образом: два стандартных стандартных резисторов R1 и R2 с известными значениями сопротивления подключены к входным клеммам прибора соответственно, и сопротивление соединительного провода сводится к своему своему. В настоящее время записаны показания прибора D1 и D2, и неизвестные параметры и RV калиброванного прибора могут быть рассчитаны путем замены их в формулу (5). При использовании рекомендуется использовать тот же справочный источник для VR и VAD, чтобы расчет в формуле (5) не зависит от точности эталонного напряжения. Этот метод уменьшает различия между различными эталонными источниками, особенно влиянием времени дрейфа и температуры различных ссылок.
2.3 Схема измерения
Рисунок 3 представляет собой переднюю входную схему высокоостренной системы измерения температуры PT100, в которой опорное напряжение PT100 и опорное напряжение A/D преобразователя ICL7135 являются тем же источником эталонного напряжения. Два входных сигнала измерения V1 и V2 Pt100 усиливаются тем же рабочим усилителем (1+ R3/R4), а затем введите конвертер A/D. Micro Relay K1 используется для выбора канала. Этот метод разделяет оперативный усилитель, конвертер A/D и источник эталонного напряжения, уменьшая влияние различий между различными устройствами на результаты измерения. Результат преобразования A/D ICL7135 подключен к микроконтроллеру в последовательном режиме, который может значительно сохранить порт IO микроконтроллера. При калибровке схемы стандартные резисторы 100 Ом и 300 Ом используются для калибровки, а результаты калибровки и RV хранятся в EEPROM системы микроконтроллера. В фактическом измерении система микроконтроллера вынимает и RV в качестве известных значений и вычисляет значение RT сопротивления по формуле (3).

2.4 Анализ испытания схемы измерения

По сравнению с трехпроводным сбалансированным методом моста результаты обнаружения этой схемы были значительно улучшены. Таблица 1 представляет собой сравнение стандартных значений сопротивления, измеренных двумя различными методами. Среди них r - это линейное сопротивление.

Из таблицы 1 видно, что теоретические результаты измерения трехпроводного сбалансированного метода моста имеют большие ошибки, а ошибка, вызванная увеличением сопротивления линии r, больше. По мере того, как значение сопротивления теплового резистора увеличивается, абсолютная ошибка также увеличивается. В таблице 1 абсолютная ошибка составляет 2,57%, когда измеренное сопротивление rt =300 ω и сопротивление линии r =20 ω. Фактические результаты измерения улучшенного трехпроходного метода, используемого в этой статье, имеют абсолютную ошибку только 0. 3 ω и относительная ошибка ± 0. 1% в измеренном диапазоне данных. Конвертер A/D, используемый в схеме, эквивалентен 14- бит A/D. Точность преобразования. Если используется преобразователь A/D с более высокой рецепцией, может быть достигнута более высокая точность измерения. В фактическом инструменте измерения температуры температуры теплового резистора также необходимо добавить связанную программу, которая преобразует измеренное сопротивление в соответствующую температуру. То есть после измерения RT фактическое значение температуры может быть точно решено формулой (1).

3 Заключение

Трехпроводной сбалансированный метод моста широко используется при измерении тепловых резисторов, но существует проблема, что ошибка измерения, вызванная сопротивлением свинца датчика, не может быть устранена. В этой статье анализируются проблемы, существующие в методе сбалансированного моста для измерения тепловых резисторов, предлагаются трехпроводные методы измерения постоянного напряжения, анализируют причины и влияющие коэффициенты ошибки измерения, вывод и устанавливает влияющие параметры и формулы, чтобы измерить, и с учетом конструкции, в том числе в сфере полного измерения, в том числе в сфере, в том числе в целом, в том числе в целом, в том числе в целом, в том числе в целом, в том числе в целом, в том числе и в целом, в том числе и в целом, а также в сфере, в том числе и в целом, а также в целом. один чип микрокомпьютер. Наконец, точность теста разработанной схемы проверяется и определяется. Тест показывает, что когда трехпроводный сбалансированный метод моста измеряет стандартное значение сопротивления 1 0 0 ~ 300 Ом, а сопротивление линии составляет 0 ~ 20 Ом, ошибка измерения **** достигает 2,57%, в то время как сбалансированная трехпроводная ошибка измерения составляет всего ± 0,1%. Таким образом, получается высокая трехпроходная схема измерения теплового резистора.