אמצעים לשיפור דיוק המדידה של נגדים תרמיים וצמד תרמי!

2.2 מדדים לשיפור דיוק המדידה של צמד תרמי
בדומה לשיטת הגשר המאוזן לשלושה חוטים, מתחי היציאה V1 ו- V2 של המעגל המוצג באיור 2 הם קטנים יחסית, ויש להוסיף מגבר מתח לפני המרת A/D. מתח ההתייחסות VR מסופק בדרך כלל על ידי מקור מתח קבוע מדויק כדי לספק אות מתח יציב. בנוסף, כאשר תוכנת המיקרו -בקר בוחרת אלגוריתם מתאים ואורך המילה בחישובים מתמטיים, ניתן להתעלם גם משגיאת החישוב. עם זאת, גורם ההגברה ו- RV של מעגל המגבר ישתנו מרכיב לרכיב, במיוחד בייצור המוני, כאשר דיוק הרכיבים קשה להבטיח אחידות. לכן, עבור מעגל קלט ספציפי, יש לקחת בחשבון גם את השגיאות הנגרמות על ידי RV ו- RV.
על מנת לבטל את השגיאות הנגרמות על ידי RV ו- RV, ניתן להשתמש בשיטת הכיול כדי לכייל ולחישוב אוטומטית של ערכי המעגל וה- RV בפועל במהלך ייצור המכשירים, ואז שני הפרמטרים הללו נרשמים בזיכרון הלא נדיף של המכשיר. כאשר המכשיר מודד את הטמפרטורה, הפרמטרים נקראים ומחושבים על פי הנוסחה (1) כדי להשיג טמפרטורה מדודה מדויקת.
אם החוט הארוך באיור 2 מוחלף על ידי החוט הקצר ביותר האפשרי (כלומר r =0), והנגד התרמי RT מוחלף על ידי נגדי מדויק, VAD הוא מתח ההתייחסות של ממיר A/D, הוא גורם ההגדלה של המתח, והמנוחה נשארת ללא שינוי, ואז::

בפורמולה (4), R הוא נגדי דיוק עם ערך התנגדות ידוע; D היא תוצאה של המרת A/D, שניתן לקרוא בקלות ממכשיר תצוגת המכשירים; VR ו- VAD הם מתחי עזר, שהם קבועים; הוא גורם ההגדלה הכולל של המעגל; K הוא הגורם הפרופורציונאלי של המרת A/D, כגון k =214 לממיר 14- bit a/d. ואז יש רק שני אלמונים RV ובפורמולה (2). עבור מעגל קלט ספציפי, אם שני נגדים מדויקים R1 ו- R2 עם ערכי התנגדות ידועים מחוברים למעגל המוצג באיור 2 לכיול (בעת כיול, נסו לבצע R =0), ניתן להשיג קבוצה של משוואות לינאריות דו-משתנות. לפיכך, עבור מעגל קלט ספציפי, וניתן לפתור RV מהמשוואות והתוצאות הן כדלקמן:

ניתן לסכם את שיטת הכיול לעיל כדלקמן: שני נגדים סטנדרטיים מדויקים R1 ו- R2 עם ערכי התנגדות ידועים מחוברים למסופי הקלט של המכשיר בהתאמה, וההתנגדות של חוט החיבור ממוזערת ככל האפשר. בשלב זה נרשמים קריאות המכשירים D1 ו- D2, וניתן לחשב את הפרמטרים הלא ידועים וה- RV של המכשיר המכויל על ידי החלפתם לפורמולה (5). בשימוש מומלץ להשתמש באותו מקור התייחסות ל- VR ו- VAD, כך שהחישוב של הנוסחה (5) אינו תלוי ברמת הדיוק של מתח ההתייחסות. שיטה זו מצמצמת את ההבדלים בין מקורות התייחסות שונים, במיוחד השפעת הסחף הזמן והסחף הטמפרטורה של אזכורים שונים.
2.3 מעגל מדידה
איור 3 הוא מעגל הקלט הקדמי של מערכת מדידת הטמפרטורה PT100 בעל דיוק גבוה, בו מתח ההתייחסות PT100 ומתח ההתייחסות של ממיר A/D ICL7135 הם אותו מקור התייחסות מתח. שני אותות קלט המדידה V1 ו- V2 של PT100 מוגברים על ידי אותו מגבר תפעולי (1+ R3/R4) ואז הזן את ממיר ה- A/D. ממסר המיקרו K1 משמש לבחירת הערוצים. שיטה זו חולקת את המגבר התפעולי, ממיר A/D ומקור מתח הפניה, ומפחית את ההשפעה של ההבדלים בין מכשירים שונים על תוצאות המדידה. תוצאת ההמרה A/D של ICL7135 מחוברת למיקרו -בקר במצב סידורי, שיכול לחסוך מאוד את יציאת ה- IO של בקר המיקרו. בעת כיול המעגל, נגדים סטנדרטיים 100Ω ו- 300Ω משמשים לכיול, ותוצאות הכיול ו- RV מאוחסנות ב- EEPROM של מערכת המיקרו -בקר. במדידה בפועל, מערכת המיקרו -בקר מוציאה ו- RV כערכים ידועים ומחושבת את ערך RT ההתנגדות לפי נוסחה (3).

2.4 ניתוח מבחן מעגל המדידה

בהשוואה לשיטת הגשר המאוזן לשלושה חוטים, תוצאות הגילוי של מעגל זה שופרו מאוד. טבלה 1 היא השוואה בין ערכי ההתנגדות הסטנדרטיים הנמדדים בשתי שיטות שונות. ביניהם, R הוא התנגדות הקו.

ניתן לראות מלוח 1 כי לתוצאות המדידה התיאורטית של שיטת הגשר המאוזן עם שלוש חוטים יש שגיאות גדולות, והשגיאה הנגרמת כתוצאה מעליית התנגדות הקו R גדולה יותר. ככל שערך ההתנגדות של הנגד התרמי שיש למדוד עולה, גם השגיאה המוחלטת עולה. בטבלה 1, השגיאה המוחלטת היא 2.57% כאשר ההתנגדות הנמדדת RT =300 Ω והתנגדות הקו r =20 ω. לתוצאות המדידה בפועל של שיטת שלוש החוטים המשופרת המשמשת במאמר זה יש שגיאה מוחלטת של 0. 3 Ω ושגיאה יחסית של ± 0. 1% בטווח הנתונים המדוד. ממיר ה- A/D המשמש במעגל שווה רק לדיוק ההמרה של 14- סיביות. אם משתמשים בממיר A/D דיוק גבוה יותר, ניתן להשיג דיוק מדידה גבוה יותר. במכשיר המדידה של טמפרטורת חיישן הנגד התרמי בפועל, יש צורך להוסיף תוכנית קשורה הממירה את ההתנגדות הנמדדת לטמפרטורה המתאימה. כלומר, לאחר נמדד RT, ניתן לפתור במדויק את ערך הטמפרטורה בפועל על ידי פורמולה (1).

3 מסקנה

שיטת הגשר המאוזן לשלושה חוטים נמצאת בשימוש נרחב במדידת נגדי תרמי, אך יש בעיה שלא ניתן לבטל את שגיאת המדידה הנגרמת כתוצאה מתנגדות עופרת החיישן. מאמר מנתח את הבעיות הקיימות בשיטת הגשר המאוזן למדידת נגדים תרמיים, מציע שיטת מדידה של מתח מתח קבוע, מנתח את הגורמים ומשפיעים על שגיאת מעגל המדידה, נובע ומבסס את הפרמטרים המשפיעים על פרמטרים ומכריע של אמצעי אמצע של אמצעי רווקה כמי שממיר את האות כמי שרודים כמשתפים כמשתפים כמשתפים כמשתפים כ- As Sondrifer as Sondrifer as Ab. מחשב מיקרו. לבסוף, דיוק הבדיקה של המעגל המעוצב נבדק ונקבע. הבדיקה מראה שכאשר שיטת הגשר המאוזן של שלוש החוטים מודדת את ערך ההתנגדות הסטנדרטי של 1 0 0 ~ 300Ω והתנגדות הקו היא 0 ~ 20Ω, שגיאת המדידה **** מגיעה ל -2.57%, ואילו שגיאת המדידה המאוזנת של שלוש חוטים היא רק 0.1%. לפיכך, מתקבל מעגל מדידת נגד תרמי בעל שלוש חוטים עם דיוק גבוה.