Medidas para melhorar a precisão da medição de resistores térmicos e termopares!

2.2 Medidas para melhorar a precisão da medição dos termopares
Semelhante ao método da ponte equilibrada de três fios, as tensões de saída V1 e V2 do circuito mostradas na Figura 2 são relativamente pequenas e um amplificador de tensão deve ser adicionado antes da conversão A/D. A tensão de referência VR geralmente é fornecida por uma fonte de tensão constante de precisão para fornecer um sinal de tensão estável. Além disso, quando o software microcontrolador seleciona um algoritmo e comprimento de palavra apropriados nos cálculos matemáticos, o erro de cálculo também pode ser ignorado. No entanto, o fator de amplificação e o VD do circuito do amplificador variam de componente para componente, especialmente na produção em massa, quando a precisão dos componentes é difícil de garantir a uniformidade. Portanto, para um circuito de entrada específico, os erros causados ​​por e RV também devem ser considerados.
Para eliminar os erros causados ​​por e RV, o método de calibração pode ser usado para calibrar e calcular automaticamente os valores reais do circuito e o RV durante a produção de instrumentos e, em seguida, esses dois parâmetros são registrados na memória não volátil do instrumento. Quando o instrumento mede a temperatura, os parâmetros são lidos e calculados de acordo com a fórmula (1) para obter a temperatura medida precisa.
Se o fio longo na Figura 2 for substituído pelo fio mais curto possível (ou seja, r =0), e o resistor térmico RT é substituído por um resistor de precisão R, o VAD é a tensão de referência do conversor a/d, é o fator de ampliação da tensão e o restante permanecerá inalterado, então:

Na fórmula (4), R é um resistor de precisão com um valor de resistência conhecido; D é o resultado da conversão A/D, que pode ser facilmente lida no dispositivo de exibição do instrumento; VR e VAD são tensões de referência, que são constantes; é o fator de ampliação total do circuito; K é o fator proporcional da conversão A/D, como k =214 para um conversor 14- bit a/d. Depois, existem apenas dois RV de incógnitas e na fórmula (2). Para um circuito de entrada específico, se dois resistores de precisão R1 e R2 com valores de resistência conhecidos forem conectados ao circuito mostrado na Figura 2 para calibração (ao calibrar, tente fazer r =0), um conjunto de equações lineares de duas variáveis ​​pode ser obtido. Assim, para um circuito de entrada específico, e o RV pode ser resolvido das equações, e os resultados são os seguintes:

O método de calibração acima pode ser resumido da seguinte forma: Dois resistores padrão de precisão R1 e R2 com valores de resistência conhecidos são conectados aos terminais de entrada do instrumento, respectivamente, e a resistência do fio de conexão é minimizada o máximo possível. Neste momento, as leituras do instrumento D1 e D2 são registradas, e os parâmetros desconhecidos e o RV do instrumento calibrado podem ser calculados substituindo -os na fórmula (5). Em uso, é recomendável usar a mesma fonte de referência para VR e VAD, para que o cálculo da fórmula (5) seja independente da precisão da tensão de referência. Esse método reduz as diferenças entre diferentes fontes de referência, especialmente a influência do desvio do tempo e da deriva da temperatura de diferentes referências.
2.3 Circuito de medição
A Figura 3 é o circuito de entrada frontal do sistema de medição de temperatura PT100 de alta precisão, no qual a tensão de referência PT100 e a tensão de referência do conversor A/D ICL7135 são a mesma fonte de referência de tensão. Os dois sinais de entrada de medição v1 e v2 de PT100 são amplificados pelo mesmo amplificador operacional (1+ r3/r4) tempos e, em seguida, insira o conversor a/d. O relé micro K1 é usado para seleção de canais. Este método compartilha o amplificador operacional, o conversor A/D e a fonte de tensão de referência, reduzindo o impacto das diferenças entre diferentes dispositivos nos resultados da medição. O resultado da conversão A/D do ICL7135 é conectado ao microcontrolador no modo serial, que pode salvar bastante a porta IO do microcontrolador. Ao calibrar o circuito, os resistores padrão 100Ω e 300Ω são usados ​​para calibração, e os resultados da calibração e o VD são armazenados na EEPROM do sistema de microcontroladores. Na medição real, o sistema de microcontroladores retira e o RV como valores conhecidos e calcula o valor de resistência RT por fórmula (3).

2.4 Análise do teste de circuito de medição

Comparado com o método da ponte equilibrada de três fios, os resultados de detecção desse circuito foram bastante aprimorados. A Tabela 1 é uma comparação dos valores de resistência padrão medidos por dois métodos diferentes. Entre eles, R é a resistência à linha.

Pode ser visto na Tabela 1 que os resultados da medição teórica do método da ponte equilibrada de três fios têm grandes erros, e o erro causado pelo aumento da resistência à linha r é maior. À medida que o valor de resistência do resistor térmico a ser medido aumenta, o erro absoluto também aumenta. Na Tabela 1, o erro absoluto é de 2,57% quando a resistência medida rt =300 ω e a resistência à linha r =20 ω. Os resultados reais da medição do método aprimorado de três fios utilizados neste documento têm um erro absoluto de apenas 0. 3 Ω e um erro relativo de ± 0. 1% dentro da faixa de dados medida. O conversor A/D usado no circuito é equivalente apenas a 14- bit A/D de precisão de conversão. Se um conversor A/D de maior precisão for usado, maior precisão de medição pode ser alcançada. No instrumento real de medição de temperatura do sensor térmico do resistor térmico, também é necessário adicionar um programa relacionado que converte a resistência medida na temperatura correspondente. Ou seja, após a medição da RT, o valor real da temperatura pode ser resolvido com precisão pela fórmula (1).

3 Conclusão

O método da ponte equilibrado de três fios é amplamente utilizado na medição do resistor térmico, mas há um problema de que o erro de medição causado pela resistência ao chumbo do sensor não pode ser eliminado. 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 microcomputador de chip único. Finalmente, a precisão do teste do circuito projetada é testada e determinada. O teste mostra que quando o método da ponte equilibrado de três fios mede o valor de resistência padrão de 1 0 0 ~ 300Ω e a resistência à linha é 0 ~ 20Ω, o erro de medição **** atinge 2,57%, enquanto o erro de medição de três fios equilibrado é apenas ± 0,1%. Assim, é obtido um circuito de medição de resistor térmico de três fios de alta precisão.