Dijagramma tad-Disinn ta 'Ċirkwit ta' Kejl ta 'Reżistenza Termali ta' Preċiżjoni Għolja Ibbażat fuq Sistema ta 'Tliet Wire
Ħalli messaġġ
Is-senser tat-termistor huwa sensur tat-temperatura li l-valur tar-reżistenza tiegħu jinbidel mat-temperatura ambjentali. Fost dawn, it-termistor magħmul mill-platinu tal-metall huwa użat ħafna minħabba l-istabbiltà tajba tiegħu, eżattezza għolja, u firxa wiesgħa tal-kejl tat-temperatura. Termometri termistor għall-kejl tat-temperatura huma prinċipalment magħmula minn sensuri tat-termometru, kejl ta 'strumenti tal-wiri, u wajers ta' konnessjoni. Peress li s-sensittività tat-temperatura tas-senser tat-termometru nnifisha hija baxxa, ir-reżistenza tal-linja tal-wajer tal-konnessjoni għandha influwenza fuq ir-riżultat tal-kejl li ma jistax jiġi injorat. Sabiex tiġi eliminata l-influwenza tar-reżistenza tal-wajer, it-termometru juża b'mod wiesa 'l-metodu bilanċjat ta' konnessjoni bi tliet wajers. Dan il-metodu jista 'jikkumpensa l-iżball tat-temperatura sa ċertu punt, iżda l-influwenza tar-reżistenza tal-linja għadha teżisti. Huwa propost metodu ta 'kumpens ta' reżistenza għall-wajer bi tliet wajers ibbażat fuq vultaġġ kostanti u diviżorju tal-vultaġġ. Iċ-ċirkwit huwa sempliċi u faċli biex jiġi implimentat, u l-influwenza tar-reżistenza tal-wajer tista 'tiġi eliminata kompletament. Meta mqabbel mal-metodu ta 'kumpens tar-reżistenza għall-wajer propost fil-letteratura li tuża aktar ċirkwiti ta' ħardwer għal kumpens għar-reżistenza għall-wajer, dan il-metodu għandu ċirkwit aktar sempliċi ta 'kumpens għall-wajer.
1 Analiżi tal-metodi ta 'kejl tat-termometru użat b'mod komuni
Għat-termometru tal-platinu PT100, ir-relazzjoni bejn ir-reżistenza u t-temperatura tagħha hija mogħtija fl-iskala tat-temperatura internazzjonali BS -90 kif muri fil-formula (1).
Fil-formula, rt hija r-reżistenza tar-resister termali f'temperatura ta 't grad, r {{0}} hija r-reżistenza tar-resistor termali f'temperatura ta' 0 grad, r 0=100} ω, a {=3. 96847 × 10-3 Grad B =-5. 847x 10-7 grad -2, c =-4. 22x 10-12 grad -3 huma koeffiċjenti relatati mas-sensor innifsu.
Mill-formula (1), jista 'jidher li s-sensittività tal-pt1 0 0 resister termali huwa madwar 0. 38ω / grad. Sabiex titnaqqas l-influwenza tar-reżistenza tal-linja tal-wajer tal-konnessjoni fuq ir-riżultat tal-kejl, il-metodu tal-pont bi tliet wajers ġeneralment jintuża għall-kejl. VR =1 V. Il-prinċipju taċ-ċirkwit huwa muri fil-Figura 1. RT huwa r-resister tal-kejl tat-temperatura, R hija r-reżistenza tal-wajer li tikkonnettja, R1, R2, R3 huma armi tal-pont iffissati, r 1= r {2=1 000 ω, r 3=100} ω, VR huwa l-vultaġġ ta 'referenza, u G huwa l-istrument tal-kejl. F'dan iċ-ċirkwit, tliet wajers huma konnessi mad-driegħ tal-pont tas-senser, id-driegħ tal-pont tar-resister u t-tarf tal-ħruġ rispettivament. Dan il-metodu jista 'faċilment ikejjel ir-reżistenza RT li għandha titkejjel. Madankollu, fl-użu attwali, ħafna drabi hemm ċerta distanza bejn is-senser tat-temperatura u ċ-ċirkwit tal-kejl tat-temperatura, u r-reżistività tal-wajer tal-konnessjoni hija ta 'madwar 0.1 ~ 0.5 ω / m. L-iżball tal-kejl ikkawżat mir-reżistenza tal-wajer li jgħaqqad R ma jistax jiġi injorat.
Kif muri fil-Figura 1, meta r-reżistenza tal-linja R mhix ikkunsidrata, l-output tal-pont huwa:, meta r-reżistenza tal-linja hija kkunsidrata, il-pont tal-ħruġ VC=vr (rt + r) ／ (r {1+ rt + r) -vr (r {3+ r) ／ (r 2+ r {{ Il-pont huwa bbilanċjat meta rt=rx, jiġifieri, r2rx=r1r3, u r-reżistenza tal-fergħa tal-pont r 1= r {2= r {3= rx {17}}}} R, meta RT jinbidel minn △ R, dak Rt=r + △ r, l-iżball ikkawżat mill-eżistenza tar-reżistenza tal-linja r jista 'jiġi kkalkulat bħala:
Jista 'jidher li r-reżistenza tal-wajer R taffettwa r-riżultat tal-kejl ta' RT, u ma tistax tiġi eliminata kompletament miċ-ċirkwit taż-żero. Ibbażat fuq l-analiżi ta 'hawn fuq, huwa propost diviżur ta' vultaġġ kostanti bi tliet wajers ta 'preċiżjoni ta' preċiżjoni għolja li jista 'jelimina kompletament l-iżbalji tal-wajer.
2 Ċirkuwitu tal-Kejl tal-Vultaġġ Kostanti ta 'Tliet Wire
2.1 Prinċipju tal-kejl
Id-diviżur tal-vultaġġ kostanti tal-metodu bi tliet wajers użat hawn biex titkejjel ir-reżistenza jista 'jelimina l-interferenza tar-reżistenza tal-wajer. Id-dijagramma skematika ekwivalenti tagħha hija murija fil-Figura 2. fejn RT huwa r-resister termali. R hija r-reżistenza ekwivalenti tal-wajer. VR huwa l-vultaġġ ta 'referenza, VAD huwa l-vultaġġ ta' referenza tal-konvertitur A / D, u huwa l-fattur ta 'ingrandiment tal-vultaġġ.
Ir-relazzjoni bażika tista 'tinkiseb mil-liġi ta' Ohm:
Mill-Formula (3), jista 'jidher li meta RV u VR ikunu magħrufa, biex jiksbu RT, V2 u V1 biss jeħtieġ li jitkejlu, u m'għandu x'jaqsam xejn mar-reżistenza tal-wajer r. U l-eżattezza tal-kejl tiddependi biss mill-eżattezza tal-RV u l-eżattezza tal-kejl ta 'V1 u V2. Ir-reżistenza tal-wajer li ma tistax tiġi eliminata fil-metodu tal-pont hija eliminata kompletament fil-metodu ta 'vultaġġ kostanti bi tliet wajers.
Peress li t-temperatura tar-resister termali se tiżdied meta l-kurrent jgħaddi minnu, l-iżball ta 'tisħin innifsu tiegħu għandu jiġi kkunsidrat, jiġifieri, l-iżball ta' żieda fit-temperatura kkawżat mill-kurrent li jgħaddi mir-resister termali għandu jiġi kkunsidrat. Il-kurrent tad-drajv tas-sewqan termali tar-resister termali huwa ta 'madwar 1 mA. Fi 0 grad, huwa ekwivalenti għal qawwa ta 'tisħin innifsu ta' madwar 0.1 MW. Meta titkejjel bi preċiżjoni għolja, il-qawwa ta 'tisħin ta' awto għandha titnaqqas aktar biex titnaqqas l-iżball ta 'tisħin ta' awto. Hawnhekk, vr =2. 5V u Rv =10 kω huma ssettjati, u l-qawwa li tissaħħan minnha hija ta 'madwar 0.006 MW.
2.2 Miżuri biex titjieb l-eżattezza tal-kejl
Simili għall-metodu bilanċjat bi tliet wajers, il-vultaġġi tal-ħruġ V1 u V2 taċ-ċirkwit muri fil-Figura 2 huma ta 'valur żgħir, u amplifikazzjoni tal-vultaġġ tal-ewwel livell għandha tiġi miżjuda qabel il-konverżjoni A / D. Il-vultaġġ ta 'referenza VR huwa ġeneralment ipprovdut minn sors ta' vultaġġ kostanti ta 'preċiżjoni biex jipprovdi sinjal ta' vultaġġ stabbli. Barra minn hekk, meta s-softwer tal-mikrokontrollur jagħżel algoritmu xieraq u tul tal-kelma fil-kalkoli matematiċi, l-iżball tal-kalkolu jista 'wkoll jiġi injorat. Madankollu, il-fattur ta 'amplifikazzjoni u l-RV taċ-ċirkwit tal-amplifikatur ivarjaw minn komponent għal komponent, speċjalment fil-produzzjoni tal-massa, l-eżattezza tal-komponenti hija diffiċli biex tiżgura l-uniformità. Għalhekk, għal ċirkwit ta 'input speċifiku, l-iżball ikkawżat minn u RV għandu wkoll jiġi kkunsidrat.
Sabiex jiġi eliminat l-iżball ikkawżat minn u RV, il-metodu ta 'kalibrazzjoni jista' jintuża biex jikkalibra awtomatikament u jikkalkula l-valuri taċ-ċirkwit attwali u l-RV waqt il-produzzjoni tal-istrumenti. Dawn iż-żewġ parametri huma mbagħad irreġistrati fil-memorja mhux volatili tal-istrument. Meta l-istrument ikejjel it-temperatura, il-parametri jinqraw u jiġu kkalkulati skont il-formula (1) biex tinkiseb it-temperatura mkejla preċiża.
Jekk il-wajer twil fil-Figura 2 jinbidel bl-iqsar wajer possibbli (jiġifieri r =0), u r-resister termali RT huwa sostitwit minn resister ta 'preċiżjoni R, VAD huwa l-vultaġġ ta' referenza tal-konvertitur A / D, huwa l-fattur ta 'ingrandiment tal-vultaġġ, u l-bqija jibqgħu mhux mibdula, allura:
Fil-formula (4), R hija resister ta 'preċiżjoni b'valur ta' reżistenza magħruf; D huwa r-riżultat tal-konverżjoni A / D, li tista 'tinqara faċilment mill-apparat tal-wiri tal-istrument; VR u VAD huma vultaġġi ta 'referenza, li huma kostanti; huwa l-fattur totali ta 'ingrandiment taċ-ċirkwit; K huwa l-fattur proporzjonali tal-konverżjoni A / D, bħal k =214 għal konverter 14- bit / d. Imbagħad hemm biss żewġ mhux magħrufa RV u fil-formula (2). Għal ċirkwit ta 'input speċifiku, jekk żewġ resistors ta' preċiżjoni R1 u R2 b'valuri ta 'reżistenza magħrufa huma konnessi maċ-ċirkwit muri fil-Figura 2 għall-kalibrazzjoni (meta tikkalibra, ipprova tagħmel R =0), jista' jinkiseb sett ta 'ekwazzjonijiet lineari b'żewġ varjabbli. Għalhekk, għal ċirkwit ta 'input speċifiku, u RV jista' jissolva mill-ekwazzjonijiet, u r-riżultati huma kif ġej:
Il-metodu ta 'kalibrazzjoni ta' hawn fuq jista 'jiġi mqassar kif ġej: żewġ resistors standard ta' preċiżjoni R1 u R2 b'valuri ta 'reżistenza magħrufa huma konnessi mat-terminali tal-input tal-istrument rispettivament, u r-reżistenza tal-wajer tal-konnessjoni hija mminimizzata kemm jista' jkun. F'dan iż-żmien, il-qari tal-istrumenti D1 u D2 huma rreġistrati, u l-parametri mhux magħrufa u l-RV tal-istrument kalibrat jistgħu jiġu kkalkulati billi jiġu sostitwiti fil-formula (5). Fl-użu, huwa rrakkomandat li tuża l-istess sors ta 'referenza għal VR u VAD, sabiex il-kalkolu ta' fil-formula (5) ikun indipendenti mill-eżattezza tal-vultaġġ ta 'referenza. Dan il-metodu jnaqqas id-differenzi bejn sorsi ta 'referenza differenti, speċjalment l-influwenza tad-drift tal-ħin u d-drift tat-temperatura ta' referenzi differenti.
2.3 Ċirkuwitu tal-Kejl
Il-Figura 3 hija ċ-ċirkwit ta 'input ta' quddiem tas-sistema ta 'kejl tat-temperatura PT100 ta' preċiżjoni għolja, li fiha l-vultaġġ ta 'referenza PT100 u l-vultaġġ ta' referenza tal-konvertitur A / D ICL7135 huma l-istess sors ta 'referenza tal-vultaġġ. Iż-żewġ sinjali tal-input tal-kejl V1 u V2 ta 'Pt100 huma amplifikati mill-istess amplifikatur operattiv (1+} R3 / R4) u mbagħad daħħal il-konvertitur A / D. Il-Micro Relay K1 jintuża għall-għażla tal-kanali. Dan il-metodu jikkondividi l-amplifikatur operattiv, il-konvertitur A / D, u s-sors ta 'vultaġġ ta' referenza, u jnaqqas l-impatt tad-differenzi bejn apparati differenti fuq ir-riżultati tal-kejl. Ir-riżultat tal-konverżjoni A / D ta 'ICL7135 huwa konness mal-mikrokontrollur fil-mod tas-serje, li jista' jsalva ħafna l-port IO tal-mikrokontrollur. Meta tikkalibra ċ-ċirkwit, resistors standard ta '100Ω u 300Ω jintużaw għall-kalibrazzjoni, u r-riżultati tal-kalibrazzjoni u l-RV huma maħżuna fl-EEPROM tas-sistema tal-mikrokontrollur. Fil-kejl attwali, is-sistema tal-mikrokontrollur toħroġ u RV bħala valuri magħrufa, u tikkalkula l-valur RT RESSATTANZA skont il-formula (3).
2.4 Analiżi tat-Test taċ-Ċirkuwitu tal-Kejl
Meta mqabbel mal-metodu bilanċjat bi tliet wajers, ir-riżultati ta 'skoperta ta' dan iċ-ċirkwit tjiebu ħafna. It-Tabella 1 hija paragun tal-valuri standard tar-reżistenza mkejla b'żewġ metodi differenti. Fost dawn, R hija r-reżistenza tal-linja.
Jista 'jidher mit-Tabella 1 li r-riżultati tal-kejl teoretiku tal-metodu bilanċjat bi tliet wajers għandhom żbalji kbar, u l-iżball ikkawżat miż-żieda tar-reżistenza tal-linja R huwa akbar. Hekk kif il-valur tar-reżistenza tar-resister termali li għandu jitkejjel jiżdied, l-iżball assolut jiżdied ukoll. Fit-Tabella 1, l-iżball assolut huwa 2.57% meta r-reżistenza mkejla rt =300 ω u r-reżistenza tal-linja r =20 ω. Ir-riżultati attwali tal-kejl tal-metodu mtejjeb bi tliet wajers użati f'dan id-dokument għandhom żball assolut ta '0. 3 ω u żball relattiv ta' ± {0. 1% fil-firxa tad-dejta mkejla. Il-konvertitur A / D użat fiċ-ċirkwit huwa ekwivalenti biss għal 14- bit ta 'konverżjoni ta' bit / d. Jekk jintuża konvertitur A / D bi preċiżjoni ogħla, tista 'tinkiseb eżattezza ogħla tal-kejl. Fl-istrument tal-kejl tat-temperatura tar-resister termali attwali tar-resister, huwa meħtieġ ukoll li jiżdied programm relatat li jikkonverti r-reżistenza mkejla fit-temperatura korrispondenti. Jiġifieri, wara li RT jitkejjel, il-valur tat-temperatura attwali jista 'jissolva b'mod preċiż bil-formula (1).
3 Konklużjoni
Il-metodu bilanċjat bi tliet wajers huwa użat ħafna fil-kejl tar-resister termali, iżda hemm problema li l-iżball tal-kejl ikkawżat mir-reżistenza taċ-ċomb tas-senser ma jistax jiġi eliminat. Dan id-dokument janalizza l-problemi li jeżistu fil-metodu tal-pont ibbilanċjat għall-kejl tar-resistors termali, jipproponi metodu ta 'kejl ta' tliet wajers ta 'vultaġġ kostanti, janalizza l-kawżi u l-fatturi li jinfluwenzaw l-iżball taċ-ċirkwit tal-kejl, joħroġ u jistabbilixxi l-parametri li jinfluwenzaw u l-formuli tar-reżistenza biex jitkejlu, u jiddisinjaw ċirkwit tal-kejl komplet, inkluż iċ-ċirkwit tal-kejl komplet, inkluż iċ-ċirkwit tal-kejl komplet, inkluż iċ-ċirkwit tal-kejl komplet, inkluż iċ-ċirkwit tal-kejl komplet, inkluż l-amplifier tas-sinjal, inkluż l-amplifier tas-sinjali, inkluż l-amplifier tas-sinjal, inkluż l-amplifier tas-sinjali. Ċirkwit tal-interface b'mikrokompjuter b'ċippa waħda. Fl-aħħarnett, l-eżattezza tat-test taċ-ċirkwit iddisinjat hija ttestjata u determinata. It-test juri li meta l-metodu tal-pont ibbilanċjat bi tliet wajers ikejjel il-valur standard tar-reżistenza ta '1 0 0 ~ 300Ω u r-reżistenza tal-linja hija 0 ~ 20ω, l-iżball ta' kejl **** jilħaq 2.57%, filwaqt li l-iżball bilanċjat ta 'tliet wajers huwa biss ± 0.1%. Għalhekk, huwa miksub ċirkwit ta 'kejl tar-resister termali bi tliet wajers ta' preċiżjoni għolja.
