มาตรการในการปรับปรุงความแม่นยำในการวัดของตัวต้านทานความร้อนและเทอร์โมคัปเปิล!

2.2 มาตรการในการปรับปรุงความแม่นยำในการวัดของเทอร์โมคัปเปิล
เช่นเดียวกับวิธีสะพานที่สมดุลสามสายแรงดันเอาต์พุต V1 และ V2 ของวงจรที่แสดงในรูปที่ 2 มีขนาดค่อนข้างเล็กและควรเพิ่มแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าก่อนการแปลง A/D แรงดันไฟฟ้าอ้างอิง VR นั้นจัดทำโดยแหล่งแรงดันไฟฟ้าคงที่ความแม่นยำเพื่อให้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร นอกจากนี้เมื่อซอฟต์แวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์เลือกอัลกอริทึมที่เหมาะสมและความยาวของคำในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ข้อผิดพลาดการคำนวณสามารถถูกละเว้นได้ อย่างไรก็ตามปัจจัยการขยายและ RV ของวงจรแอมพลิฟายเออร์จะแตกต่างกันไปในแต่ละองค์ประกอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตจำนวนมากเมื่อความถูกต้องของส่วนประกอบนั้นยากที่จะมั่นใจในความสม่ำเสมอ ดังนั้นสำหรับวงจรอินพุตเฉพาะข้อผิดพลาดที่เกิดจากและ RV จะต้องได้รับการพิจารณาด้วย
เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดที่เกิดจากและ RV วิธีการสอบเทียบสามารถใช้ในการสอบเทียบและคำนวณค่าวงจรจริงและค่า RV โดยอัตโนมัติในระหว่างการผลิตเครื่องมือและจากนั้นพารามิเตอร์ทั้งสองนี้จะถูกบันทึกไว้ในหน่วยความจำที่ไม่ระเหยของเครื่องมือ เมื่อเครื่องมือวัดอุณหภูมิพารามิเตอร์จะถูกอ่านและคำนวณตามสูตร (1) เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่วัดได้อย่างแม่นยำ
หากลวดยาวในรูปที่ 2 ถูกแทนที่ด้วยลวดที่สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (เช่น R =0) และ RT ตัวต้านทานความร้อนจะถูกแทนที่ด้วยตัวต้านทานความแม่นยำ R, VAD เป็นแรงดันอ้างอิงของตัวแปลง A/D

ในสูตร (4), R เป็นตัวต้านทานความแม่นยำที่มีค่าความต้านทานที่รู้จัก; D เป็นผลลัพธ์ของการแปลง A/D ซึ่งสามารถอ่านได้อย่างง่ายดายจากอุปกรณ์แสดงผลเครื่องมือ VR และ VAD เป็นแรงดันอ้างอิงซึ่งเป็นค่าคงที่ เป็นปัจจัยการขยายรวมของวงจร K คือปัจจัยสัดส่วนของการแปลง A/D เช่น k =214 สำหรับ A 14- บิตตัวแปลง A/D จากนั้นมีเพียงสองที่ไม่รู้จัก RV และในสูตร (2) สำหรับวงจรอินพุตเฉพาะหากตัวต้านทานความแม่นยำสองตัว R1 และ R2 ที่มีค่าความต้านทานที่รู้จักนั้นเชื่อมต่อกับวงจรที่แสดงในรูปที่ 2 สำหรับการสอบเทียบ (เมื่อทำการสอบเทียบให้พยายามทำให้ R =0) สามารถรับชุดสมการเชิงเส้นสองตัวแปรได้ ดังนั้นสำหรับวงจรอินพุตเฉพาะและ RV สามารถแก้ไขได้จากสมการและผลลัพธ์มีดังนี้:

วิธีการสอบเทียบข้างต้นสามารถสรุปได้ดังนี้: ตัวต้านทานมาตรฐานที่แม่นยำสองตัว R1 และ R2 ที่มีค่าความต้านทานที่รู้จักเชื่อมต่อกับขั้วอินพุตของเครื่องมือตามลำดับและความต้านทานของลวดเชื่อมต่อจะลดน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในเวลานี้การอ่านเครื่องมือ D1 และ D2 จะถูกบันทึกและพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักและ RV ของเครื่องมือที่สอบเทียบสามารถคำนวณได้โดยการแทนที่พวกเขาในสูตร (5) ในการใช้งานขอแนะนำให้ใช้แหล่งอ้างอิงเดียวกันสำหรับ VR และ VAD เพื่อให้การคำนวณในสูตร (5) เป็นอิสระจากความแม่นยำของแรงดันอ้างอิงอ้างอิง วิธีนี้จะช่วยลดความแตกต่างระหว่างแหล่งอ้างอิงที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งอิทธิพลของการดริฟท์เวลาและอุณหภูมิดริฟท์ของการอ้างอิงที่แตกต่างกัน
2.3 วงจรการวัด
รูปที่ 3 คือวงจรอินพุตด้านหน้าของระบบวัดอุณหภูมิ PT100 ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งแรงดันอ้างอิง PT100 และแรงดันอ้างอิงของตัวแปลง A/D ICL7135 เป็นแหล่งอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน สัญญาณอินพุตการวัดสองสัญญาณ V1 และ V2 ของ PT100 นั้นถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการเดียวกัน (1+ R3/R4) ครั้งจากนั้นป้อนตัวแปลง A/D ไมโครรีเลย์ K1 ใช้สำหรับการเลือกช่อง วิธีนี้ใช้แอมพลิฟายเออร์การดำเนินงานตัวแปลง A/D และแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงลดผลกระทบของความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ที่แตกต่างกันในผลการวัด ผลการแปลง A/D ของ ICL7135 เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ในโหมดอนุกรมซึ่งสามารถบันทึกพอร์ต IO ของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างมาก เมื่อทำการสอบเทียบวงจรตัวต้านทานมาตรฐาน100Ωและ300Ωจะใช้สำหรับการสอบเทียบและผลลัพธ์การสอบเทียบและ RV จะถูกเก็บไว้ใน EEPROM ของระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ ในการวัดจริงระบบไมโครคอนโทรลเลอร์จะออกมาและ RV เป็นค่าที่รู้จักและคำนวณค่า RT ความต้านทานโดยสูตร (3)

2.4 การวิเคราะห์การทดสอบวงจรการวัด

เมื่อเทียบกับวิธีสะพานที่สมดุลสามสายผลการตรวจจับของวงจรนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ตารางที่ 1 คือการเปรียบเทียบค่าความต้านทานมาตรฐานที่วัดโดยสองวิธีที่แตกต่างกัน ในหมู่พวกเขา R คือการต่อต้านสาย

จะเห็นได้จากตารางที่ 1 ว่าผลการวัดเชิงทฤษฎีของวิธีบริดจ์ที่สมดุลสามสายมีข้อผิดพลาดขนาดใหญ่และข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของความต้านทานสาย R มีขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อค่าความต้านทานของตัวต้านทานความร้อนเพิ่มขึ้นการวัดจะเพิ่มขึ้นข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ในตารางที่ 1 ข้อผิดพลาดสัมบูรณ์คือ 2.57% เมื่อความต้านทานที่วัดได้ RT =300 Ωและความต้านทานของเส้น R =20 Ω ผลการวัดจริงของวิธีการที่ดีขึ้นสามสายที่ใช้ในบทความนี้มีข้อผิดพลาดสัมบูรณ์เพียง 0. 3 Ωและข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของ± 0 1% ภายในช่วงข้อมูลที่วัดได้ ตัวแปลง A/D ที่ใช้ในวงจรนั้นเทียบเท่ากับ {14- ความแม่นยำในการแปลง A/D บิต หากใช้ตัวแปลง A/D ที่มีความแม่นยำสูงกว่าความแม่นยำในการวัดที่สูงขึ้นสามารถทำได้ ในเครื่องมือวัดอุณหภูมิเซ็นเซอร์ความต้านทานความร้อนที่เกิดขึ้นจริงจำเป็นต้องเพิ่มโปรแกรมที่เกี่ยวข้องที่แปลงความต้านทานที่วัดได้เป็นอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน นั่นคือหลังจากวัด RT ค่าอุณหภูมิที่แท้จริงสามารถแก้ไขได้อย่างแม่นยำโดยสูตร (1)

3 บทสรุป

วิธีสะพานที่สมดุลสามสายถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการวัดตัวต้านทานความร้อน แต่มีปัญหาว่าข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากความต้านทานตะกั่วเซ็นเซอร์ไม่สามารถกำจัดได้ บทความนี้วิเคราะห์ปัญหาที่มีอยู่ในวิธีการสะพานที่สมดุลสำหรับการวัดตัวต้านทานความร้อนเสนอวิธีการวัดแรงดันไฟฟ้าแบบสามสายการวิเคราะห์การวิเคราะห์สาเหตุและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อข้อผิดพลาดของวงจรการวัดการวัดและการวัดที่มีอิทธิพล วงจรอินเตอร์เฟสพร้อมไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว ในที่สุดความแม่นยำในการทดสอบของวงจรที่ออกแบบจะถูกทดสอบและกำหนด การทดสอบแสดงให้เห็นว่าเมื่อวิธีบริดจ์ที่สมดุลสามสายวัดค่าความต้านทานมาตรฐานของ 1 0 0 ~ 300Ωและความต้านทานของเส้นคือ 0 ~ 20Ωข้อผิดพลาดการวัด **** ถึง 2.57%ในขณะที่ข้อผิดพลาดการวัดสามสายที่สมดุล ดังนั้นจึงได้รับวงจรการวัดความร้อนสามสายที่มีความแม่นยำสูง