3 와이어 시스템을 기반으로 한 고정밀 열 저항 측정 회로 설계 다이어그램

서미스터 센서는 주변 온도에 저항 값이 변하는 온도 센서입니다. 그중에서도 금속 백금으로 만든 서미스터는 우수한 안정성, 높은 정확도 및 넓은 온도 측정 범위로 인해 널리 사용됩니다. 온도 측정을위한 서미스터 온도계는 주로 온도계 센서, 디스플레이 기기 측정 및 연결선으로 구성됩니다. 온도계 센서 자체의 온도 감도는 낮기 때문에 연결 와이어의 라인 저항은 무시할 수없는 측정 결과에 영향을 미칩니다. 와이어 저항의 영향을 제거하기 위해 온도계는 균형 브리지 3 와이어 연결 방법을 널리 사용합니다. 이 방법은 온도 오차를 어느 정도 보상 할 수 있지만 라인 저항의 영향은 여전히 ​​존재합니다. 일정한 전압 및 전압 분배기에 기초한 3 와이어 와이어 저항 보상 방법이 제안된다. 회로는 간단하고 구현하기 쉽고 와이어 저항의 영향을 완전히 제거 할 수 있습니다. 와이어 저항 보상을 위해 더 많은 하드웨어 회로를 사용하는 문헌에서 제안 된 와이어 저항 보상 방법과 비교하여,이 방법은 더 간단한 와이어 저항 보상 회로를 가지고 있습니다.

1 일반적으로 사용되는 온도계 측정 방법의 분석

PT100 플래티넘 온도계의 경우, 저항과 온도 사이의 관계는 공식 (1)에 표시된 바와 같이 국제 온도 스케일 BS -90에서 주어진다.

공식에서, rt는 t 도의 온도에서 열 저항의 저항성이다. r {{{0}}는 0 도의 온도에서 열 저항의 저항성, r 0=100 ω, =3. b =-5. 847x 10-7 정도 -2, c =-4. 22x 10-12 정도 -3는 센서 자체와 관련된 계수입니다.
공식 (1)에서, pt1 0 0 열 저항의 감도는 0. 38Ω/ degree임을 알 수 있습니다. 측정 결과에 대한 연결 와이어의 라인 저항의 영향을 줄이기 위해, 3 와이어 브리지 방법은 일반적으로 측정에 사용됩니다. vr =1 v. 회로 원리는 그림 1에 나와 있습니다. RT는 온도 측정 저항, R은 연결선 저항, R1, R2, R3은 고정 브리지 암, R 1= r 2=1 000}, R 3=100, Vr는 기준 볼트 및 G 측정 기준입니다. 이 회로에서는 3 개의 전선이 센서 브리지 암, 저항 브리지 암 및 출력 끝에 각각 연결됩니다. 이 방법은 측정 할 저항 RT를 쉽게 측정 할 수 있습니다. 그러나 실제로 사용하면 온도 센서와 온도 측정 회로 사이에 특정 거리가 있으며 연결 와이어의 저항은 약 0.1 ~ 0.5 Ω/m입니다. 연결 와이어 저항 R으로 인한 측정 오류는 무시할 수 없습니다.

도 1에 표시된 바와 같이, 라인 저항 R이 고려되지 않을 때, 브리지의 출력은 다음과 같습니다. 라인 저항이 고려 될 때, 브리지 출력 vc=vr (rt+r) ／ (r 1+ rt+r) -vr (r 3+ r) r) {7}}}}}}}}}}}}}}}}} rt=rx, 즉 r2rx=r1r3, 그리고 브리지 암 저항 r 1= r 2= r 3= rx=r, rt에 의해 변경 될 때, rt에 의해 변경 될 때, 브리지 암항 저항 r 1= r 2= r. rt=r+△ r, 라인 저항 R의 존재로 인한 오류는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

와이어 저항 R이 RT의 측정 결과에 영향을 미치며 제로 연결 회로에 의해 완전히 제거 될 수 없음을 알 수 있습니다. 상기 분석에 기초하여, 와이어 오류를 완전히 제거 할 수있는 일정한 전압 분배기 3- 와이어 고-고정 프리 앰프 회로가 제안된다.

2 일정한 전압 분배기 3 와이어 측정 회로

2.1 측정 원리

여기서 저항을 측정하기 위해 사용 된 일정한 전압 분배기 3 와이어 방법은 와이어 저항의 간섭을 제거 할 수 있습니다. 동등한 회로도 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다. 여기서 RT는 열 저항입니다. R은 와이어의 동등한 저항입니다. VR은 기준 전압이며 VAD는 A/D 컨버터의 기준 전압이며 전압 배율 계수입니다.

기본 관계는 OHM의 법칙에서 얻을 수 있습니다.

공식 (3)에서, RV와 VR이 알려지면 RT를 얻기 위해 V2와 V1 만 측정해야하며 와이어 저항 R과 관련이 없음을 알 수 있습니다. 측정 정확도는 RV의 정확도와 V1 및 V2의 측정 정확도에만 의존합니다. 브릿지 방법에서 제거 할 수없는 와이어 저항은 일정한 전압 분배기 3 와이어 방법에서 완전히 제거됩니다.
전류가 통과 할 때 열 저항의 온도가 상승하기 때문에 자체자가 배열 오차가 고려되어야합니다. 즉, 열 저항을 통한 전류로 인한 온도 상승 오차를 고려해야합니다. 일반적으로 사용되는 pt1 0 0 열 저항기 구동 전류는 약 1 ma입니다. 0 학위에서, 그것은 약 0.1MW의자가 배열 전력과 동일합니다. 높은 정밀도로 측정 할 때,자가 해제 오류를 줄이기 위해자가 혼합력을 더 줄여야합니다. 여기서는 vr =2. 5v 및 rv =10 kΩ가 설정되고자가 배열 전력은 약 0.006 MW입니다.

2.2 측정 정확도를 향상시키기위한 측정

3 와이어 밸런스 브리지 방법과 유사하게,도 2에 도시 된 회로의 출력 전압 V1 및 V2는 값이 작고, 1 단계 전압 증폭은 A/D 변환 전에 추가되어야한다. 기준 전압 VR은 일반적으로 안정적인 전압 신호를 제공하기 위해 정밀 상수 전압 소스에 의해 제공됩니다. 또한 마이크로 컨트롤러 소프트웨어가 수학 계산에서 적절한 알고리즘과 단어 길이를 선택하면 계산 오류를 무시할 수 있습니다. 그러나 증폭기 회로의 증폭 계수 및 RV는 구성 요소마다, 특히 대량 생산에서 구성 요소의 정확도는 균일 성을 보장하기가 어렵습니다. 따라서 특정 입력 회로의 경우 RV로 인한 오류도 고려해야합니다.
RV로 인한 오류를 제거하기 위해, 교정 방법을 사용하여 기기 생산 중 실제 회로 및 RV 값을 자동으로 교정하고 계산할 수 있습니다. 이 두 매개 변수는 기기의 비 휘발성 메모리에 기록됩니다. 기기가 온도를 측정 할 때, 정확한 측정 온도를 얻기 위해 식 (1)에 따라 파라미터를 읽고 계산합니다.
그림 2의 긴 와이어가 가능한 가장 짧은 와이어 (예 : r =0)로 대체되고 열 저항 RT가 정밀성 저항 R로 대체되면 VAD는 A/D 변환기의 기준 전압이며, 나머지는 변하지 않은 채로 남아 있습니다.

공식 (4)에서, R은 알려진 저항 값을 갖는 정밀성 저항이다; D는 A/D 변환의 결과이며, 계기 디스플레이 장치에서 쉽게 읽을 수 있습니다. VR과 VAD는 기준 전압이며, 이는 상수입니다. 회로의 총 확대 계수입니다. k는 {14- 비트 A/D 변환기에 대한 k =214과 같은 A/D 변환의 비례 요인입니다. 그런 다음 두 개의 미지의 RV와 공식 (2) 만 있습니다. 특정 입력 회로의 경우, 알려진 저항 값을 갖는 두 개의 정밀 저항 R1 및 R2가 교정을 위해 그림 2에 표시된 회로에 연결되면 (교정시 =0), 2 가지 변명 선형 방정식 세트를 얻을 수 있습니다. 따라서, 특정 입력 회로의 경우, RV는 방정식에서 해결 될 수 있으며 결과는 다음과 같습니다.

위의 교정 방법은 다음과 같이 요약 될 수 있습니다. 알려진 저항 값을 갖는 두 개의 정밀 표준 저항 R1 및 R2는 각각 기기의 입력 단자에 연결되며 연결 와이어의 저항은 가능한 한 최소화됩니다. 이때, 계측기 판독 값 D1 및 D2가 기록되고, 보정 된 기기의 알 수없는 파라미터와 RV는이를 공식으로 대체함으로써 계산 될 수있다 (5). 사용 중에는 VR 및 VAD에 대해 동일한 기준 소스를 사용하여 공식 (5)의 계산이 기준 전압의 정확도와 무관합니다. 이 방법은 서로 다른 참조 소스 간의 차이, 특히 다른 참조의 시간 드리프트 및 온도 드리프트의 영향을 줄입니다.
2.3 측정 회로
그림 3은 PT100 기준 전압 및 A/D 컨버터 ICL7135의 기준 전압이 동일한 전압 기준 소스 인 고정밀 PT100 온도 측정 시스템의 전면 입력 회로입니다. PT100의 두 측정 입력 신호 V1 및 V2는 동일한 작동 증폭기 (1+ r3/r4) 시간에 의해 증폭 된 다음 A/D 변환기로 들어갑니다. 마이크로 릴레이 K1은 채널 선택에 사용됩니다. 이 방법은 작동 증폭기, A/D 컨버터 및 기준 전압 소스를 공유하여 측정 결과에 대한 다른 장치 간의 차이의 영향을 줄입니다. ICL7135의 A/D 변환 결과는 직렬 모드에서 마이크로 컨트롤러에 연결되어 마이크로 컨트롤러의 IO 포트를 크게 저장할 수 있습니다. 회로를 교정 할 때 표준 저항기 100Ω 및 300Ω가 교정에 사용되며 교정 결과와 RV는 마이크로 컨트롤러 시스템의 EEPROM에 저장됩니다. 실제 측정에서, 마이크로 컨트롤러 시스템은 알려진 값으로서 RV를 취하고 공식 (3)에 의해 저항 RT 값을 계산합니다.

2.4 측정 회로 테스트 분석

3 와이어 균형 브리지 방법과 비교하여,이 회로의 검출 결과가 크게 향상되었습니다. 표 1은 두 가지 다른 방법으로 측정 된 표준 저항 값의 비교입니다. 그중 R은 선 저항입니다.

표 1에서 3 와이어 균형 브리지 방법의 이론적 측정 결과는 큰 오류가 있으며 라인 저항 R의 증가로 인한 오류가 더 큽니다. 측정 할 열 저항의 저항 값이 증가함에 따라 절대 오차도 증가합니다. 표 1에서, 측정 된 저항 RT =300 ω 및 라인 저항 R =20 ω가있을 때 절대 오차는 2.57%입니다. 이 논문에 사용 된 개선 된 3 와이어 방법의 실제 측정 결과는 측정 된 데이터 범위 내에서 0. 회로에 사용되는 A/D 컨버터는 14- 비트 A/D 변환 정확도에만 해당됩니다. 고정밀 A/D 컨버터를 사용하는 경우 더 높은 측정 정확도를 달성 할 수 있습니다. 실제 열 저항 센서 온도 측정 기기에서 측정 된 저항을 해당 온도로 변환하는 관련 프로그램을 추가해야합니다. 즉, RT를 측정 한 후 실제 온도 값은 공식 (1)에 의해 정확하게 해결 될 수 있습니다.

3 결론

3 와이어 균형 브리지 방법은 열 저항 측정에서 널리 사용되지만 센서 리드 저항으로 인한 측정 오류를 제거 할 수 없다는 문제가 있습니다. 이 논문은 열 저항기 측정을위한 균형 브리지 방법에 존재하는 문제를 분석하고, 일정한 전압 분배기 3 와이어 측정 방법을 제안하고, 측정 회로 오류의 원인 및 영향 요인을 분석하고, 영향을 미치는 매개 변수 및 공식을 설계하고, 신호 전환을 포함하여 완전한 측정 회로를 도출하고 확립합니다. 단일 칩 마이크로 컴퓨터가있는 회로. 마지막으로 설계된 회로의 테스트 정확도가 테스트되고 결정됩니다. 테스트에 따르면 3 와이어 밸런스 브리지 방법이 표준 저항 값 1 0 0 ~ 300Ω이고 라인 저항은 0 ~ 20Ω이고 **** 측정 오차는 2.57%에 도달하는 반면 균형 잡힌 3 와이어 측정 오차는 ± 0.1%입니다. 따라서, 고정밀 3 와이어 열 저항 측정 회로가 얻어진다.