Maßnahmen zur Verbesserung der Messgenauigkeit von thermischen Widerständen und Thermoelementen!

2.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Messgenauigkeit von Thermoelementen
Ähnlich wie bei der Drei-Draht-Balanced Bridge-Methode sind die Ausgangsspannungen V1 und V2 der in Abbildung 2 gezeigten Schaltung relativ gering und ein Spannungsverstärker sollte vor der A/D-Umwandlung hinzugefügt werden. Die Referenzspannung VR wird im Allgemeinen durch eine Präzisionskonstantspannungsquelle bereitgestellt, um ein stabiles Spannungssignal bereitzustellen. Wenn die Mikrocontroller -Software in mathematischen Berechnungen einen geeigneten Algorithmus und eine Wortlänge auswählt, kann der Berechnungsfehler auch ignoriert werden. Der Amplifikationsfaktor und der RV des Verstärkerkreises variieren jedoch von Komponenten zu Komponenten, insbesondere in der Massenproduktion, wenn die Genauigkeit von Komponenten schwierig ist, eine Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Daher müssen für einen bestimmten Eingangskreis auch die von und RV verursachten Fehler berücksichtigt werden.
Um die durch und durch RV verursachten Fehler zu beseitigen, kann die Kalibrierungsmethode verwendet werden, um die tatsächlichen Schaltungs- und RV-Werte während der Instrumentenproduktion automatisch zu kalibrieren und zu berechnen. Anschließend werden diese beiden Parameter im nichtflüchtigen Speicher des Instruments aufgezeichnet. Wenn das Instrument die Temperatur misst, werden die Parameter gemäß der Formel (1) gelesen und berechnet, um eine genaue gemessene Temperatur zu erhalten.
Wenn der lange Draht in Abbildung 2 durch das kürzeste Draht ersetzt wird (dh r =0) und der thermische Widerstand Rt durch einen Präzisionswiderstand R ersetzt wird, ist VAD die Referenzspannung des A/D -Wandlers, der Spannungsvergrößerungsfaktor, und der Rest bleibt unverändert, dann:

In der Formel (4) ist R ein Präzisionswiderstand mit einem bekannten Widerstandswert; D ist das Ergebnis der A/D -Umwandlung, die leicht vom Instrumentenanzeigegerät gelesen werden kann. VR und VAD sind Referenzspannungen, die Konstanten sind; ist der Gesamtvergrößerungsfaktor der Schaltung; K ist der proportionale Faktor der A/D -Umwandlung, wie K =214 für einen 14- Bit A/D -Konverter. Dann gibt es nur zwei Unbekannte RV und in der Formel (2). Für einen bestimmten Eingangskreis kann ein Satz von zwei Variablen linearen Gleichungen erhalten werden, wenn zwei Präzisionswiderstände R1 und R2 mit bekannten Widerstandswerten an die in Abbildung 2 gezeigte Schaltung angeschlossen sind (bei der Kalibrierung (beim Kalibrieren). Somit kann für einen bestimmten Eingangskreis und RV aus den Gleichungen gelöst werden, und die Ergebnisse sind wie folgt:

Die obige Kalibrierungsmethode kann wie folgt zusammengefasst werden: Zwei Präzisionsstandardwiderstände R1 und R2 mit bekannten Widerstandswerten werden mit den Eingangsklemmen des Instruments verbunden, und der Widerstand des Verbindungsdrahtes wird so weit wie möglich minimiert. Zu diesem Zeitpunkt werden die Instrumentenmesswerte D1 und D2 aufgezeichnet, und die unbekannten Parameter und das RV des kalibrierten Instruments können berechnet werden, indem sie in die Formel (5) eingesetzt werden. Bei der Verwendung wird empfohlen, dieselbe Referenzquelle für VR und VAD zu verwenden, so dass die Berechnung der Formel (5) unabhängig von der Genauigkeit der Referenzspannung ist. Diese Methode reduziert die Unterschiede zwischen verschiedenen Referenzquellen, insbesondere den Einfluss der Zeitdrift und der Temperaturdrift verschiedener Referenzen.
2.3 Messkreis
Abbildung 3 ist der vordere Eingangskreis des hochpräzisen PT100-Temperaturmesssystems, bei dem die PT100-Referenzspannung und die Referenzspannung des A/D-Wandlers ICL7135 dieselbe Spannungsreferenzquelle sind. Die beiden Messeingangssignale V1 und V2 von PT100 werden durch denselben operativen Verstärker ({1+ R3/R4) -Times verstärkt und dann den A/D -Wandler eingeben. Das Micro -Relais K1 wird für die Kanalauswahl verwendet. Diese Methode teilt den operativen Verstärker, den A/D -Wandler und die Referenzspannungsquelle auf und verringert den Einfluss von Unterschieden zwischen verschiedenen Geräten auf die Messergebnisse. Das A/D -Konvertierungsergebnis von ICL7135 ist im seriellen Modus mit dem Mikrocontroller verbunden, der den IO -Anschluss des Mikrocontrollers erheblich speichern kann. Bei der Kalibrierung der Schaltung werden Standardwiderstände 100 Ω und 300 Ω zur Kalibrierung verwendet, und die Kalibrierungsergebnisse und RV werden im EEPROM des Mikrocontroller -Systems gespeichert. In der tatsächlichen Messung nimmt das Mikrocontroller -System als RV als bekannte Werte aus und berechnet den Resistenz -RT -Wert nach Formel (3).

2.4 Analyse des Messkreistests

Im Vergleich zur Drei-Draht-Balanced Bridge-Methode wurden die Erkennungsergebnisse dieser Schaltung erheblich verbessert. Tabelle 1 ist ein Vergleich der mit zwei unterschiedlichen Methoden gemessenen Standardwiderstandswerte. Unter ihnen ist R der Linienwiderstand.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die theoretischen Messergebnisse der Drei-Draht-Balanced Bridge-Methode große Fehler aufweisen und der Fehler, der durch die Erhöhung des Linienwiderstands R verursacht wird, größer ist. Wenn der Widerstandswert des messenden thermischen Widerstands zunimmt, nimmt auch der absolute Fehler zu. In Tabelle 1 beträgt der absolute Fehler 2,57%, wenn der gemessene Widerstand RT =300 ω und der Linienwiderstand R =20 ω. Die tatsächlichen Messergebnisse der in diesem Artikel verwendeten verbesserten Drei-Draht-Methode haben einen absoluten Fehler von nur 0. 3 ω und einen relativen Fehler von ± 0. 1% innerhalb des gemessenen Datenbereichs. Der in der Schaltung verwendete A/D -Wandler entspricht nur 14- Bit A/D -Konvertierungsgenauigkeit. Wenn ein A/D-Wandler mit höherer Präzision verwendet wird, kann eine höhere Messgenauigkeit erreicht werden. In dem tatsächlichen Instrument der Temperaturmessung des thermischen Widerstandssensors ist es auch erforderlich, ein verwandtes Programm hinzuzufügen, das den gemessenen Widerstand in die entsprechende Temperatur umwandelt. Das heißt, nach der Messung von RT kann der tatsächliche Temperaturwert durch die Formel (1) genau gelöst werden.

3 Schlussfolgerung

Die Drei-Draht-Balanced Bridge-Methode wird bei der Messung des thermischen Widerstands häufig verwendet. Es besteht jedoch ein Problem, dass der durch den Sensor-Bleiwiderstand verursachte Messfehler nicht beseitigt werden kann. 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 a single-chip Mikrocomputer. Schließlich wird die Testgenauigkeit der entworfenen Schaltung getestet und bestimmt. Der Test zeigt, dass, wenn die Dreidraht-Balanced Bridge-Methode den Standardwiderstandswert von 1 0 0 ~ 300 Ω misst und der Linienwiderstand 0 ~ 20 Ω beträgt, der Messfehler **** messpunkte 2,57%erreicht, während der ausgewogene Messfehler mit drei Verdrahtungen nur ± 0,1%± 0,1%beträgt. Somit wird ein hochpräziser Messkreis mit drei Drahtwärmewiderstand erhalten.