Suunnittelukaavio korkean tarkkailun lämpövastusmittauspiiristä, joka perustuu kolmen johdinjärjestelmään

Termistorianturi on lämpötila -anturi, jonka vastusarvo muuttuu ympäristön lämpötilan myötä. Niistä metallisesta platinasta valmistettua termistoria käytetään laajasti sen hyvän stabiilisuuden, suuren tarkkuuden ja leveän lämpötilan mittausalueen vuoksi. Lämpötilan mittaamiseksi termistorilämpömittarit koostuvat pääasiassa lämpömittarin antureista, näyttöinstrumenttien mittaamisesta ja johtimista. Koska lämpömittarin anturin lämpötilaherkkyys on alhainen, kytkentäjohdon viivavastuksella on vaikutus mittaustulokseen, jota ei voida sivuuttaa. Langankestävyyden vaikutuksen poistamiseksi lämpömittari käyttää laajasti tasapainotettua sillan kolmijohtoyhteysmenetelmää. Tämä menetelmä voi kompensoida lämpötilavirheen tietyssä määrin, mutta linjankestävyyden vaikutus on edelleen olemassa. Vakiojännitteeseen ja jännitteenjakajaan perustuva kolmen johdin johdinvastuksen kompensointimenetelmä ehdotetaan. Piiri on yksinkertainen ja helppo toteuttaa, ja lankavastuksen vaikutus voidaan eliminoida kokonaan. Verrattuna kirjallisuudessa ehdotettuun langankestävyyden kompensointimenetelmään, joka käyttää enemmän laitteistopiirejä johdinvastuksen kompensointiin, tällä menetelmällä on yksinkertaisempi johdinvastuksen kompensointipiiri.

1 Yleisesti käytettyjen lämpömittarin mittausmenetelmien analyysi

PT100 Platinum -lämpömittarille sen resistenssin ja lämpötilan välinen suhde annetaan kansainvälisessä lämpötila -asteikolla BS -90, kuten kaavassa (1) esitetään.

Kaavassa RT on lämpövastuksen vastus T -asteen lämpötilassa, r {{{0}} on lämpövastuksen vastus 0 asteen lämpötilassa, r 0=100 ω, A =3. B =-5. 847x 10-7 aste -2, c =-4. 22x 10-12 aste -3 ovat itsetuoriin liittyviä kertoimia.
Kaavasta (1) voidaan nähdä, että Pt1: n herkkyys 0 0 lämpövastus on noin 0. 38Ω/ aste. Kyvyttöjohdon linjavastuksen vaikutuksen vähentämiseksi mittaustulokseen kolmen johdin siltamenetelmää käytetään yleensä mittaukseen. Vr =1 V. Piirin periaate on esitetty kuvassa 1. RT on lämpötilan mittausvastus, r on kytkentäjohdonkestävyys, R1, R2, R3 ovat kiinteitä siltavarsia, r 1= {2=1 000 ω, r 3=100 ω, VR on referenssitila ja g ja g Tässä piirissä kolme johtoa on kytketty anturisillan käsivarteen, vastussillan käsivarteen ja lähtöpäähän. Tämä menetelmä voi helposti mitata mitattavan resistenssin RT. Todellisessa käytössä on kuitenkin usein tietty etäisyys lämpötila -anturin ja lämpötilan mittauspiirin välillä, ja kytkentäjohdon resistiivisyys on noin 0,1 ~ 0,5 ω/m. Kytkentäjohtimen vastus r aiheuttamaa mittausvirhettä ei voida sivuuttaa.

Kuten kuvassa 1 esitetään, kun linjankestävyyttä r ei oteta huomioon, sillan lähtö on :, Kun riviresistenssi otetaan huomioon, sillan lähtö vc=vr (rt+r) ／ (r 1+ rt+r) -vr (r 3+ r) ／ (r {7}} {{{8 the bridge is balanced when Rt=Rx, that is, R2Rx=R1R3, and the bridge arm resistance R1=R2=R3=Rx=R, when Rt changes by △R, that is, Rt=R+△R, Linjan vastus r: n olemassaolosta johtuva virhe voidaan laskea seuraavasti:

Voidaan nähdä, että lankavastus R vaikuttaa RT: n mittaustulokseen, eikä sitä voida kokonaan eliminoida nollauspiirillä. Edellä esitetyn analyysin perusteella ehdotetaan vakiojännitteen jakajan kolmen johtimisen korkean tarkkuuden esivahvistinpiiriä, joka voi kokonaan poistaa johdinvirheet.

2 Vakiojännitteen jakaja kolmen johdin mittauspiiri

2.1 Mittausperiaate

Tässä tässä käytetty vakiojännitteen jakaja kolmen johdinmenetelmä voi eliminoida johdinvastuksen häiriöt. Sen vastaava kaavio on esitetty kuvassa 2. Missä RT on lämpövastus. R on johdon vastaava vastus. VR on referenssijännite, Vad on A/D -muunnin vertailujännite ja on jännitteen suurennuskerroin.

Perussuhde voidaan saada Ohmin laista:

Kaavasta (3) voidaan nähdä, että kun RV ja VR tunnetaan RT: n saamiseksi, vain V2 ja V1 on mitattava, eikä sillä ole mitään tekemistä lankavastuksen r: n kanssa. Ja mittaustarkkuus riippuu vain matkailuautojen tarkkuudesta ja V1: n ja V2: n mittaustarkkuudesta. Langankestävyys, jota ei voida eliminoida sillan menetelmässä
Koska lämpövastuksen lämpötila nousee, kun virta kulkee sen läpi, on otettava huomioon sen oma itsehuoleva virhe, ts. Lämpövastuksen läpi virtaavan virran aiheuttama lämpötilan nousuvirhe on otettava huomioon. Yleisesti käytetty pt1 0 0 lämpövastuksen käyttövirta on noin 1 mA. 0 asteessa se vastaa noin 0,1 mW: n itsekämmittävää voimaa. Mittausta suurella tarkkuudella itsekämmitystehoa tulisi edelleen vähentää itsekämmitysvirheen vähentämiseksi. Täällä Vr =2. 5V ja RV =10 kΩ on asetettu, ja itsehuoleva teho on noin 0,006 MW.

2.2 Mittaustarkkuuden parantamiseksi

Samanlainen kuin kolmen johdin tasapainotettu siltamenetelmä, kuvassa 2 esitetyn piirin lähtöjännitteet V1 ja V2 ovat pieniä arvoa, ja ensimmäisen tason jännitteen monistus tulisi lisätä ennen A/D-muuntamista. Vertailujännite VR on yleensä varustettu tarkkuusvakiojänniterähteellä stabiilin jännitesignaalin aikaansaamiseksi. Lisäksi, kun mikrokontrolleriohjelmisto valitsee sopivan algoritmin ja sanan pituuden matemaattisissa laskelmissa, laskentavirhe voidaan myös sivuuttaa. Vahvistinpiirin vahvistuskerroin ja matkailuauto vaihtelee kuitenkin komponentista komponenttiin, etenkin massatuotannossa, komponenttien tarkkuutta on vaikea varmistaa yhdenmukaisuus. Siksi tietylle syöttöpiirille on myös otettava huomioon virheen ja matkailuautojen aiheuttama virhe.
RV: n aiheuttaman virheen poistamiseksi kalibrointimenetelmää voidaan käyttää todellisten piiri- ja matkailuautojen arvojen kalibrointiin ja laskemiseen instrumentin tuotannon aikana. Nämä kaksi parametria tallennetaan sitten instrumentin haihtumattomaan muistiin. Kun instrumentti mittaa lämpötilaa, parametrit luetaan ja lasketaan kaavan (1) mukaisesti tarkan mitatun lämpötilan saamiseksi.
Jos kuvan 2 pitkä johdin korvataan mahdollisimman lyhimmällä johdolla (ts. R =0) ja lämpövastuksen RT korvataan tarkkuusvastuksella r, Vad on A/D -muunnon vertailujännite, ja sen jännitekerroin ja loput pysyvät muuttumattomina, niin: niin:

Kaavassa (4) R on tarkkuusvastus, jolla on tunnettu vastusarvo; D on A/D -muunnoksen tulos, joka voidaan helposti lukea instrumentin näyttölaitteesta; VR ja VAD ovat vakioita viitejännitteitä; on piirin kokonaismäärityskerroin; K on A/D -muunnoksen suhteellinen tekijä, kuten k =214 14- bitti A/D -muunnin. Sitten on vain kaksi tuntematonta matkailuautoa ja kaavassa (2). Tietylle tulopiirille, jos kaksi tarkkuusvastusta R1 ja R2, jolla on tunnettuja vastusarvoja, on kytketty kuvassa 2 esitettyyn piiriin kalibrointia varten (yritä saada kalibroinnissa R =0), voidaan saada kaksisuuntaista lineaarista yhtälöitä joukko. Siten tietylle syöttöpiirille ja matkailuautoille voidaan ratkaista yhtälöistä, ja tulokset ovat seuraavat:

Yllä oleva kalibrointimenetelmä voidaan tiivistää seuraavasti: Kaksi tarkkuuden standardivastusta R1 ja R2, jolla on tunnettuja vastusarvoja, on kytketty instrumentin syöttöliittimiin, ja kytkentäjohdon vastus minimoidaan niin paljon kuin mahdollista. Tällä hetkellä tallennetaan instrumenttilukemat D1 ja D2, ja kalibroidun instrumentin tuntemattomat parametrit ja matkailuautit voidaan laskea korvaamalla ne kaavaksi (5). Käytössä on suositeltavaa käyttää samaa VR: n ja VAD: n referenssilähdettä, joten kaavassa (5) laskelma on riippumaton vertailujännitteen tarkkuudesta. Tämä menetelmä vähentää eroja eri referenssilähteiden välillä, etenkin erilaisten viitteiden ajanjakson ja lämpötilan siirtymisen vaikutuksen.
2.3 Mittauspiiri
Kuvio 3 on korkean tarkkuuden PT100-lämpötilan mittausjärjestelmän etutulopiiri, jossa PT100-vertailujännite ja A/D-muuntimen ICL7135 referenssijännite ovat sama jännitteen referenssilähde. Kaksi PT100: n mittaussignaalia V1 ja V2 vahvistetaan samalla operatiivisella vahvistimella (1+ R3/R4) ja syötetään sitten A/D -muunnin. Mikroreleen K1 käytetään kanavan valintaan. Tämä menetelmä jakaa operatiivisen vahvistimen, A/D -muuntimen ja vertailujännitteen lähteen vähentäen eri laitteiden välisten erojen vaikutusta mittaustuloksiin. ICL7135: n A/D -muuntamistulos on kytketty mikrokontrolleriin sarjatilassa, mikä voi suuresti tallentaa mikrokontrollerin IO -portin. Piirin kalibroinnissa standardivastuksia 100Ω ja 300Ω käytetään kalibrointiin, ja kalibrointitulokset ja matkailuautot tallennetaan mikrokontrollerijärjestelmän EEPROM: iin. Todellisessa mittauksessa mikrokontrollerijärjestelmä ottaa pois ja matkailuautot tunnettuina arvoina ja laskee vastus -RT -arvon kaavan mukaan (3).

2.4 Mittauspiirikokeen analyysi

Verrattuna kolmen johdin tasapainotettuun siltamenetelmään, tämän piirin havaitsemistulokset on parantunut huomattavasti. Taulukko 1 on vertailu standardivastusarvoista, jotka mitataan kahdella eri menetelmällä. Heidän joukossaan r on linjankestävyys.

Taulukosta 1 voidaan nähdä, että kolmen johdin tasapainotetun siltamenetelmän teoreettisilla mittaustuloksilla on suuria virheitä ja viivavastuksen R kasvun aiheuttama virhe on suurempi. Kun mitattavan lämpövastuksen vastusarvo kasvaa, myös absoluuttinen virhe kasvaa. Taulukossa 1 absoluuttinen virhe on 2,57%, kun mitattu vastus RT =300 ω ja viivan vastus r =20 ω. Tässä artikkelissa käytetyn parannetun kolmen johdinmenetelmän todellisilla mittaustuloksilla on absoluuttinen virhe vain 0. 3 ω ja suhteellinen virhe ± 0. 1% mitatun data-alueen sisällä. Piirissä käytetty A/D -muunnin vastaa vain 14- bitti A/D -muuntamisen tarkkuutta. Jos käytetään korkeampaa A/D-muunninta, voidaan saavuttaa suurempi mittaustarkkuus. Todellisessa lämpövastusanturin lämpötilan mittauslaitteessa on myös lisättävä siihen liittyvä ohjelma, joka muuntaa mitatun resistanssin vastaavaksi lämpötilaan. Toisin sanoen RT: n mitattuna todellisen lämpötilan arvoa voidaan ratkaista tarkasti kaavalla (1).

3 Päätelmä

Kolmen johdin tasapainotettua siltamenetelmää käytetään laajasti lämpövastuksen mittauksessa, mutta on ongelma, että anturin lyijyvastuksen aiheuttamaa mittausvirhettä ei voida eliminoida. Tässä artikkelissa analysoidaan Tasapainotetussa siltamenetelmässä lämpövastusten mittaamiseksi olemassa olevia ongelmia, ehdottaa vakiojännitteen jakajan kolmen johdotuksen mittausmenetelmää, analysoidaan mittauspiirivirheen syitä ja vaikuttavia tekijöitä, johtaa ja määrittelee vaikuttavat parametrit ja kaavat mitattavaksi ja suunnittelee täydellisen mittauspiirin, joka sisältää signaali-ampuma-alueen ja A/D-konverinsa. Mikrotietokone. Lopuksi suunnitellun piirin testitarkkuus testataan ja määritetään. Testi osoittaa, että kun kolmen johdin tasapainotettu siltamenetelmä mittaa 1 0 0 ~ 300Ω ja linjan vastus on 0 ~ 20Ω, **** mittausvirhe saavuttaa 2,57%, kun taas tasapainotettu kolmen johdin mittausvirhe on vain ± 0,1%. Siten saadaan korkean tarkkaan kolmen johdin lämpövastuksen mittauspiiri.