Mesures pour améliorer la précision de mesure des résistances thermiques et des thermocouples!

2.2 Mesures pour améliorer la précision de mesure des thermocouples
Semblable à la méthode de pont équilibré à trois fils, les tensions de sortie V1 et V2 du circuit illustrées à la figure 2 sont relativement petites et un amplificateur de tension doit être ajouté avant la conversion A / D. La tension de référence VR est généralement fournie par une source de tension constante de précision pour fournir un signal de tension stable. De plus, lorsque le logiciel de microcontrôleur sélectionne un algorithme approprié et une longueur de mot dans les calculs mathématiques, l'erreur de calcul peut également être ignorée. Cependant, le facteur d'amplification et le RV du circuit d'amplificateur varieront d'un composant à l'autre, en particulier dans la production de masse, lorsque la précision des composants est difficile pour assurer l'uniformité. Par conséquent, pour un circuit d'entrée spécifique, les erreurs causées et RV doivent également être prises en compte.
Afin d'éliminer les erreurs causées par et RV, la méthode d'étalonnage peut être utilisée pour calibrer et calculer automatiquement le circuit réel et les valeurs RV pendant la production d'instruments, puis ces deux paramètres sont enregistrés dans la mémoire non volatile de l'instrument. Lorsque l'instrument mesure la température, les paramètres sont lus et calculés en fonction de la formule (1) pour obtenir une température mesurée précise.
Si le fil long de la figure 2 est remplacé par le fil le plus court possible (c'est-à-dire R =0), et que la résistance thermique RT est remplacée par une résistance de précision R, la VAD est la tension de référence du convertisseur A / D, est le facteur d'agrandissement de la tension, et le reste respect, alors: alors:

Dans la formule (4), R est une résistance de précision avec une valeur de résistance connue; D est le résultat de la conversion A / D, qui peut être facilement lu à partir du périphérique d'affichage de l'instrument; VR et VAD sont des tensions de référence, qui sont des constantes; est le facteur d'agrandissement total du circuit; K est le facteur proportionnel de la conversion A / D, tel que k =214 pour un convertisseur 14- bit A / D. Ensuite, il n'y a que deux inconnues RV et en formule (2). Pour un circuit d'entrée spécifique, si deux résistances de précision R1 et R2 avec des valeurs de résistance connues sont connectées au circuit illustré à la figure 2 pour l'étalonnage (lors de l'étalonnage, essayez de faire R =0), un ensemble d'équations linéaires à deux variables peut être obtenue. Ainsi, pour un circuit d'entrée spécifique, et RV peut être résolu à partir des équations, et les résultats sont les suivants:

La méthode d'étalonnage ci-dessus peut être résumé comme suit: Deux résistances standard de précision R1 et R2 avec des valeurs de résistance connues sont connectées aux bornes d'entrée respectivement, et la résistance du fil de connexion est minimisée autant que possible. À l'heure actuelle, les lectures de l'instrument D1 et D2 sont enregistrées, et les paramètres inconnus et le RV de l'instrument calibré peuvent être calculés en les substituant en formule (5). En usage, il est recommandé d'utiliser la même source de référence pour VR et VAD, de sorte que le calcul de la formule (5) est indépendant de la précision de la tension de référence. Cette méthode réduit les différences entre différentes sources de référence, en particulier l'influence de la dérive du temps et de la dérive de température de différentes références.
2.3 Circuit de mesure
La figure 3 est le circuit d'entrée avant du système de mesure de température PT100 de haute précision, dans lequel la tension de référence PT100 et la tension de référence du convertisseur A / D ICL7135 sont la même source de référence de tension. Les deux signaux d'entrée de mesure V1 et V2 de PT100 sont amplifiés par le même amplificateur opérationnel (1+ R3 / R4) puis entrent dans le convertisseur A / D. Le micro relais K1 est utilisé pour la sélection des canaux. Cette méthode partage l'amplificateur opérationnel, le convertisseur A / D et la source de tension de référence, réduisant l'impact des différences entre les différents dispositifs sur les résultats de mesure. Le résultat de la conversion A / D de ICL7135 est connecté au microcontrôleur en mode série, qui peut grandement enregistrer le port IO du microcontrôleur. Lors de l'étalonnage du circuit, des résistances standard 100Ω et 300Ω sont utilisées pour l'étalonnage, et les résultats d'étalonnage et RV sont stockés dans l'EEPROM du système de microcontrôleur. Dans la mesure réelle, le système de microcontrôleur retire et RV comme valeurs connues, et calcule la valeur RT de résistance par formule (3).

2.4 Analyse du test du circuit de mesure

Par rapport à la méthode de pont équilibré à trois fils, les résultats de détection de ce circuit ont été considérablement améliorés. Le tableau 1 est une comparaison des valeurs de résistance standard mesurées par deux méthodes différentes. Parmi eux, R est la résistance à la ligne.

On peut voir dans le tableau 1 que les résultats de mesure théoriques de la méthode de pont équilibré à trois fils ont de grandes erreurs, et l'erreur causée par l'augmentation de la résistance à la ligne R est plus grande. À mesure que la valeur de résistance de la résistance thermique à mesurer augmente, l'erreur absolue augmente également. Dans le tableau 1, l'erreur absolue est de 2,57% lorsque la résistance mesurée RT =300 ω et la résistance de ligne R =20 ω. Les résultats de mesure réels de la méthode améliorée à trois fils utilisés dans cet article ont une erreur absolue de uniquement 0. 3 Ω et une erreur relative de ± 0. 1% dans la plage de données mesurée. Le convertisseur A / D utilisé dans le circuit n'est que l'équivalent de la précision de conversion 14- Bit A / D. Si un convertisseur A / J de précision supérieure est utilisé, une précision de mesure plus élevée peut être obtenue. Dans l'instrument de mesure de la température du capteur de résistance thermique réelle, il est également nécessaire d'ajouter un programme connexe qui convertit la résistance mesurée en température correspondante. Autrement dit, après la mesure de RT, la valeur de température réelle peut être résolue avec précision par la formule (1).

3 Conclusion

La méthode du pont équilibré à trois fils est largement utilisée dans la mesure de la résistance thermique, mais il y a un problème que l'erreur de mesure causée par la résistance au plomb du capteur ne peut pas être éliminée. Cet article analyse les problèmes existants dans la méthode de pont équilibré pour mesurer les résistances thermiques, propose une méthode de mesure de diviseur de tension constante à trois fils, analyse les causes et les facteurs d'influence de l'erreur du circuit de mesure, dérive et établit les paramètres d'influence et les formules de la résistance à être mesurée, et conçoit un circuit de mesure complet, y compris un signal de signal avec un micro-ordinateur à puce. Enfin, la précision du test du circuit conçu est testée et déterminée. Le test montre que lorsque la méthode de pont équilibrée à trois fils mesure la valeur de résistance standard de 1 0 0 ~ 300Ω et que la résistance de la ligne est de 0 ~ 20Ω, l'erreur de mesure **** atteint 2,57%, tandis que l'erreur de mesure équilibrée à trois fils est seulement ± 0,1%. Ainsi, un circuit de mesure de la résistance thermique à trois fils de haute précision est obtenu.