Các biện pháp để cải thiện độ chính xác của điện trở nhiệt và cặp nhiệt điện!

2.2 Các biện pháp để cải thiện độ chính xác đo lường của cặp nhiệt điện
Tương tự như phương pháp cầu cân bằng ba dây, điện áp đầu ra V1 và V2 của mạch được hiển thị trong Hình 2 tương đối nhỏ và phải thêm bộ khuếch đại điện áp trước khi chuyển đổi A/D. VR điện áp tham chiếu thường được cung cấp bởi một nguồn điện áp hằng số chính xác để cung cấp tín hiệu điện áp ổn định. Ngoài ra, khi phần mềm vi điều khiển chọn một thuật toán và độ dài từ thích hợp trong các tính toán toán học, lỗi tính toán cũng có thể bị bỏ qua. Tuy nhiên, hệ số khuếch đại và RV của mạch khuếch đại sẽ thay đổi từ thành phần này sang thành phần khác, đặc biệt là trong sản xuất khối lượng, khi độ chính xác của các thành phần rất khó để đảm bảo tính đồng nhất. Do đó, đối với một mạch đầu vào cụ thể, các lỗi gây ra bởi và RV cũng phải được xem xét.
Để loại bỏ các lỗi do và RV gây ra, phương pháp hiệu chuẩn có thể được sử dụng để tự động hiệu chỉnh và tính toán các giá trị mạch và RV thực tế trong quá trình sản xuất thiết bị, và sau đó hai tham số này được ghi lại trong bộ nhớ không bay hơi của thiết bị. Khi thiết bị đo nhiệt độ, các tham số được đọc và tính toán theo công thức (1) để thu được nhiệt độ đo chính xác.
Nếu dây dài trong Hình 2 được thay thế bằng dây ngắn nhất có thể (tức là r =0) và điện trở nhiệt RT được thay thế bằng điện trở R, VAD là điện áp tham chiếu của bộ chuyển đổi A/D, là hệ số phóng đại điện áp và phần còn lại không thay đổi, sau đó:

Trong công thức (4), R là một điện trở chính xác có giá trị điện trở đã biết; D là kết quả của việc chuyển đổi A/D, có thể dễ dàng đọc từ thiết bị hiển thị thiết bị; VR và VAD là điện áp tham chiếu, là hằng số; là tổng hệ số phóng đại của mạch; K là hệ số tỷ lệ của chuyển đổi A/D, chẳng hạn như k =214 cho một trình chuyển đổi 14- bit a/d. Sau đó, chỉ có hai ẩn số RV và trong công thức (2). Đối với một mạch đầu vào cụ thể, nếu hai điện trở chính xác R1 và R2 với các giá trị điện trở đã biết được kết nối với mạch được hiển thị trong Hình 2 để hiệu chuẩn (khi hiệu chỉnh, hãy thử tạo R =0), có thể thu được một tập hợp các phương trình tuyến tính hai biến. Do đó, đối với một mạch đầu vào cụ thể và RV có thể được giải từ các phương trình và kết quả như sau:

Phương pháp hiệu chuẩn trên có thể được tóm tắt như sau: hai điện trở tiêu chuẩn chính xác R1 và R2 với các giá trị điện trở đã biết được kết nối với các đầu vào của thiết bị tương ứng và điện trở của dây kết nối được giảm thiểu càng nhiều càng tốt. Tại thời điểm này, các bài đọc của thiết bị D1 và D2 ​​được ghi lại và các tham số chưa biết và RV của thiết bị hiệu chuẩn có thể được tính bằng cách thay thế chúng thành công thức (5). Trong sử dụng, nên sử dụng cùng một nguồn tham chiếu cho VR và VAD, do đó việc tính toán trong công thức (5) không phụ thuộc vào độ chính xác của điện áp tham chiếu. Phương pháp này làm giảm sự khác biệt giữa các nguồn tham chiếu khác nhau, đặc biệt là ảnh hưởng của thời gian trôi dạt và nhiệt độ của các tài liệu tham khảo khác nhau.
2.3 Mạch đo
Hình 3 là mạch đầu vào phía trước của hệ thống đo nhiệt độ PT100 có độ chính xác cao, trong đó điện áp tham chiếu PT100 và điện áp tham chiếu của bộ chuyển đổi A/D ICL7135 là cùng một nguồn tham chiếu điện áp. Hai tín hiệu đầu vào đo V1 và V2 của PT100 được khuếch đại bởi cùng một bộ khuếch đại hoạt động (1+ r3/r4) và sau đó nhập bộ chuyển đổi A/D. Rơle micro K1 được sử dụng để lựa chọn kênh. Phương pháp này chia sẻ bộ khuếch đại hoạt động, bộ chuyển đổi A/D và nguồn điện áp tham chiếu, giảm tác động của sự khác biệt giữa các thiết bị khác nhau đối với kết quả đo. Kết quả chuyển đổi A/D của ICL7135 được kết nối với bộ vi điều khiển ở chế độ nối tiếp, có thể lưu rất nhiều cổng IO của vi điều khiển. Khi hiệu chỉnh mạch, các điện trở chuẩn 100 và 300Ω được sử dụng để hiệu chuẩn và kết quả hiệu chuẩn và RV được lưu trữ trong EEPROM của hệ thống vi điều khiển. Trong phép đo thực tế, hệ thống vi điều khiển lấy ra và RV là các giá trị đã biết và tính toán giá trị RT điện trở theo công thức (3).

2.4 Phân tích kiểm tra mạch đo lường

So với phương pháp cầu cân bằng ba dây, kết quả phát hiện của mạch này đã được cải thiện rất nhiều. Bảng 1 là so sánh các giá trị điện trở tiêu chuẩn được đo bằng hai phương pháp khác nhau. Trong số đó, R là sức đề kháng của dòng.

Có thể thấy từ Bảng 1 rằng kết quả đo lý thuyết của phương pháp cầu cân bằng ba dây có lỗi lớn và lỗi do sự gia tăng của điện trở R lớn hơn. Khi giá trị điện trở của điện trở nhiệt được đo tăng, lỗi tuyệt đối cũng tăng. Trong Bảng 1, lỗi tuyệt đối là 2,57% khi điện trở đo được rt =300 và điện trở dòng r =20. Kết quả đo thực tế của phương pháp ba dây được cải thiện được sử dụng trong bài viết này chỉ có lỗi tuyệt đối là 0. 3 và lỗi tương đối là ± 0. 1% trong phạm vi dữ liệu đo được. Bộ chuyển đổi A/D được sử dụng trong mạch chỉ tương đương với 14- độ chính xác chuyển đổi A/D bit. Nếu một bộ chuyển đổi A/D có độ chính xác cao hơn, có thể đạt được độ chính xác đo cao hơn. Trong dụng cụ đo nhiệt độ cảm biến nhiệt điện trở thực tế, cũng cần thêm một chương trình liên quan chuyển đổi điện trở đo được thành nhiệt độ tương ứng. Đó là, sau khi RT được đo, giá trị nhiệt độ thực tế có thể được giải quyết chính xác bằng công thức (1).

3 Kết luận

Phương pháp cầu cân bằng ba dây được sử dụng rộng rãi trong đo điện trở nhiệt, nhưng có một vấn đề là lỗi đo lường do điện trở dây dẫn cảm biến không thể được loại bỏ. Bài viết này phân tích các vấn đề tồn tại trong phương pháp cầu cân bằng để đo các điện trở nhiệt, đề xuất một phương pháp đo ba dây phân chia điện áp không đổi, phân tích các nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng của sai số đo, tạo ra một biến đổi của một biến. máy vi tính. Cuối cùng, độ chính xác thử nghiệm của mạch được thiết kế được kiểm tra và xác định. Thử nghiệm cho thấy rằng khi phương pháp cầu cân bằng ba dây đo giá trị điện trở tiêu chuẩn là 1 0 0 ~ 300Ω và điện trở đường là 0 ~ 20Ω, lỗi đo **** đạt 2,57%, trong khi lỗi đo ba dây cân bằng chỉ là ± 0,1%. Do đó, một mạch đo điện trở nhiệt ba dây có độ chính xác cao.