精密热敏电阻

接线图 2024年02月20日 21:09 188 admin

精密热敏电阻第1张

     下面的东西有点乱（我在构建 V/F 之前在下面构建了双运算放大器电路）：对于“下一步”，我在上面构建了 V/F，但有一些变化：1000 pF 电容器是更改为 3300 pF (3.3 nF) NPO 型。增益和线性电阻器的选择值分别接近 14.711k 和 133k，其中 14.711k 是选择的最关键值，以提供从 -50C 电阻器到 +100C 电阻器的精确 15kHz 跨度。只需要几次迭代，因为线性电阻器只会轻微影响增益。133k 可能会在不进一步调整的情况下使 RTD 线性化——我得到的线性度超出了 RTD 的精度规格；这当然是一个很好的起始值。
    这个项目是我的 V/F 的杀手级应用程序，因为线性调整几乎可以消除 RTD 的小的自然非线性。下图显示了使用下面的运算放大器电路（蓝色迹线）使用精密电压表测量的上述模拟器的电阻非线性。红色曲线数据是在调整 V/F 以显示“适当的”抵消非线性后直接从频率计数器读取的。下方左侧的电路将 RTD 电阻转换为适合 V/F 的电压（约 100mV 至 1.6 伏）。在 RTD (R) 上添加一个 390pF（我重新阅读时太小了）低泄漏电容器，在 523k 反馈电阻器上添加一个 0.1uF 聚酯电容。该电阻器是选择接近该值的电阻器的组合。精度不如模拟器重要，但稳定的电阻器是强制性的。模拟器盒用于校准 V/F，包括绝对增益和线性度。使用模拟器调整 V/F 的频率以给出准确的跨度，然后记录偏移量（我不考虑偏移量，因为减去一个整数是一件微不足道的事情，即使使用 PicAXE 也是如此）。V/F 将输出接近 16 kHz 的满刻度频率，代表 150C：(16,000 - 1000)/100 = 150.00，分辨率为 0.01C。我的设置在测试箱的范围内给出了大约 0.01C 的正确频率 - 不错！要确定零值，只需将测试框设置为 0C，偏移就是该频率。该偏移量适用于所有温度。绝对增益和线性度。使用模拟器调整 V/F 的频率以给出准确的跨度，然后记录偏移量（我不考虑偏移量，因为减去一个整数是一件微不足道的事情，即使使用 PicAXE 也是如此）。V/F 将输出接近 16 kHz 的满刻度频率，代表 150C：(16,000 - 1000)/100 = 150.00，分辨率为 0.01C。我的设置在测试箱的范围内给出了大约 0.01C 的正确频率 - 不错！要确定零值，只需将测试框设置为 0C，偏移就是该频率。该偏移量适用于所有温度。绝对增益和线性度。使用模拟器调整 V/F 的频率以给出准确的跨度，然后记录偏移量（我不考虑偏移量，因为减去一个整数是一件微不足道的事情，即使使用 PicAXE 也是如此）。V/F 将输出接近 16 kHz 的满刻度频率，代表 150C：(16,000 - 1000)/100 = 150.00，分辨率为 0.01C。我的设置在测试箱的范围内给出了大约 0.01C 的正确频率 - 不错！要确定零值，只需将测试框设置为 0C，偏移就是该频率。该偏移量适用于所有温度。V/F 将输出接近 16 kHz 的满刻度频率，代表 150C：(16,000 - 1000)/100 = 150.00，分辨率为 0.01C。我的设置在测试箱的范围内给出了大约 0.01C 的正确频率 - 不错！要确定零值，只需将测试框设置为 0C，偏移就是该频率。该偏移量适用于所有温度。V/F 将输出接近 16 kHz 的满刻度频率，代表 150C：(16,000 - 1000)/100 = 150.00，分辨率为 0.01C。我的设置在测试箱的范围内给出了大约 0.01C 的正确频率 - 不错！要确定零值，只需将测试框设置为 0C，偏移就是该频率。该偏移量适用于所有温度。
    注意：下面的 Spice 电路有点误导。有两条“电流”线连接到两个 RTD 连接，但两条感测线连接到另外两个 RTD 连接。如图所示存在连接，但它发生在 RTD 内部。我会想办法在未来澄清这一点。
    那条红色曲线是直接从频率计数器读取的“真实”数据！蓝色曲线显示铂 RTD 的预期非线性，每 25 度使用精确值。对于未补偿的 RTD，宽范围内的 pp 偏差略低于 1 度。我真的看不出红色曲线有多少错误。我一直想用 V/F 将某些东西线性化，现在我做到了。:)
    盒子包含上面的 RTD 放大器和一个合成接地电路（允许电路在单电源下运行，同时提供精确稳定的 5 伏电压）。V/F 位于右侧，临时连接增益和线性电位器。请注意，4 线电阻测量端子连接到用于商用 RTD 的迷你 Din 连接器，也连接到用于模拟器盒或裸线 RTD 的四个香蕉插孔。那些可能是 5 向接线柱。
    我需要讨论消除接地电压错误的接线方法，更新的斩波稳定运算放大器。OPA2388 看起来不错而且价格低廉，但需要修改人工接地电路以提供总计 5 伏的电压，因为 OPA2388 是低压部件（最大 5.5 VDC）。也许参考电压下降到 4 伏。
    在调整 V/F 以获得正确的增益（跨度）和适当的非线性（有条不紊地将数据输入电子表格以查看结果）之后，频率（在减去零 C 时准确获得 10 kHz 所需的整数值之后，然后除以 100）在模拟器值的 0.01 C 范围内。RTD 并不是真的那么好，因此这种电子设备不会降低其中最好的性能。RTD 在加热时不会像热敏电阻那样漂移。
    安装了 V/F 的最终单元。康宁玻璃电容器 (390 pF) 和大型绿色聚酯电容器分别从输出添加到第一个和第二个运算放大器的负输入（以降低噪声）。一个 750 欧姆的电阻与 V/F 输出串联添加到 BNC 连接器。我插入商业 RTD，我感觉我现在知道室温的百分之几度。:) 这是比率测量，因此比率 V/F 也因此而完美。在频率计数器上使用 10 Hz 门时，它似乎表现出很小的噪音……观察……大约 0.25Hz pp 或大约 2.5 毫度。根据我的校准器，冷端现在有点误差，-50C 时可能有 50 毫度。哎呀，这就够了！
    RF 干扰能够稍微改变读数，因此我从面板连接器到电路添加了四个 33uH、2 欧姆扼流圈。我还将 390pF 玻璃电容器更改为 4uF 聚酯型。我还从另一条传感线到地面（BNC 接线片）添加了一个 0.22uF 聚酯帽。这些变化消除了射频效应。
    实验：用 Racal Dana 1992 计数器在冰水中探测并进行计算。指示温度为 15 毫度。计数器在零加减几 10 毫度左右反弹。我会说这是个好消息。顺便说一句，可以从灰色塑料中取出现场发泡运输泡沫，并切成漂亮的形状，例如下面的烧杯绝缘体。我也重复使用了灰色塑料。第二张图是拆掉盖子后的样子。我需要买些东西来获得更多的泡沫来制作更好的封面！
    我将讨论热电偶和非线性问题。很难为热电偶制作超精确的模拟器，因此使用 V/F 非线性调整来矫正热电偶会更加困难。很难在真正的精度上击败 RTD。
    添加一个涵盖新半导体传感器的部分也是一个好主意 - 它们并不破旧。提到了 Analog Devices ADT7422。也许是我在另一所房子的 4-20 毫安“过程”温度计。讨论使用冰水作为校准点以及使用优质水银温度计的优势。我有没有提到 RTD 很难被击败？
    硅胶电阻！它们也具有 V/F 应该能够克服的类似非线性，而且它们非常便宜。我在某个地方有数百个。单结晶体管基本上是硅电阻器。在两个温度下需要校准。非线性调整可以是一个固定值，因为最终结果不会像高精度 RTD 那样引人注目，可能只有十分之几摄氏度。
    我最喜欢的想法是：使用普通灯泡，如微型 #385 灯泡（28 伏）。钨制成的 RTD 非常棒，尽管它的非线性比铂金高，但我们已经涵盖了这一点。同样，每个灯泡都需要用冰浴进行校准，可能还需要使用精密热敏电阻控制器和良好的校准温度计进行温度控制的“热箱”校准。使用四根电线将灯连接到电路，两根用于电流，另外两根用于测量产生的电压。好吧，也许两根电线就足够了，因为精度不会那么高。嗯，串联几个来提高电阻怎么样——它们很便宜。