Методи лінеаризації функції перетворення терморезистивних перетворювачів
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2024.2.02012Ключові слова:
температура, вимірювання температури, лінеаризація, терморезистивний перетворювачАнотація
У статті проведено аналіз цифрових та аналогових методів лінеаризації функції перетворення терморезистивних перетворювачів, з детальним аналізом аналогових методів. Цифрові методи забезпечують високу точність та гнучкість, однак вони характеризуються більшим часом вимірювань та складнішою апаратною реалізацією. Аналогові методи є оптимальними для застосування в умовах, де важливими є швидкість і надійність вимірювань. Вони є простішими в реалізації, так як не потребують складних мікропроцесорних систем, енергоефективними та менш чутливими до електромагнітних завад, хоч мають обмеження щодо точності та можливостей корекції похибок у порівнянні з цифровими методами. Розглянуто аналогові методи лінеаризації мостових терморезистивних схем та схем вимірювання на основі пропускання зразкового струму через первинний терморезистивний перетворювач. Лінеаризація мостових схем базуються на формуванні компенсаційної напруги живлення мостової схеми, що залежить від зміни вимірюваної температури. При використанні методу вимірювання на основі пропускання зразкового струму через первинний терморезистивний перетворювач компенсації нелінійності досягають шляхом зміни коефіцієнта передачі вимірювального сигналу або пропускання через первинний терморезистивний перетворювач додаткового струму, який лінійно залежить від значення зміни напруги (від значення вимірюваної температури). При пропусканні додаткового компенсаційного струму через первинний терморезистивний перетворювач похибка нелінійності не перевищує 0,1°С в діапазоні 0 – 800°С, а принципова схема вимірювального перетворювача містить мінімальну кількість елементів, що дозволяє підвищити її надійність. Загалом вибір методу лінеаризації залежить від вимог до точності, швидкодії та ресурсних обмежень вимірювальної системи. Доцільним є поєднання аналогових і цифрових методів.
Завантажити
Посилання
A. Idzkowski and Z. Warsza, “Temperature difference measurement with using two RTD sensors as example of evaluating uncertainty of a vector output quantity,” Robotic Syst. Appl., vol. 1, no. 2, pp. 53–58, 2021.
Temperature Sensor Market Size, Share & Trends Analysis Report, 2024.
IEC Standard 60751: Industrial Platinum Resistance Thermometers and Platinum Temperature Sensors, Geneva, Switzerland: IEC, 2022.
T. J. Claggett, R. W. Worrall, W. A. Clayton, and B. G. Lipták, “Resistance temperature detectors (RTDs),” in Temperature Measurement, CRC Press, pp. 75–84, 2022.
S. Kako, “A comparative study about accuracy levels of resistance temperature detectors RTDs composed of platinum, copper, and nickel,” Al-Nahrain J. Eng. Sci., vol. 26, no. 3, pp. 216–225, 2023.
B. Neji, N. Ferko, R. Ghandour, A. S. Karar, and H. Arbess, “Micro-fabricated RTD based sensor for breathing analysis and monitoring,” Sensors, vol. 21, no. 1, p. 318, 2021.
E. O. Doebelin and D. N. Manik, Measurement Systems: Application and Design, 6th ed., New Delhi, India: McGraw-Hill, 2011.
J. Jovanović and D. Denić, “Mixed-mode method used for Pt100 static transfer function linearization,” Meas. Sci. Rev., vol. 21, no. 5, pp. 142–149, 2021.
B. Bonnie, “AN 687. Precision temperature-sensing with RTD circuits,” DS00687C, Microchip Technology Inc., 2008.
Callendar-Van Dusen Equation and RTD Temperature Sensors, [Online]. Available: https://www.newport.com/
M. Cejer, “Resistive temperature detectors: An alternative to thermocouples for precise, repeatable temperature measurements,” Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA, 2004.
B. Trump, “Analog linearization of resistance temperature detectors,” Analog Appl. J., vol. 4Q, pp. 21–24, 2011.
M. Looney, “RTD interfacing and linearization using an ADuC706x microcontroller,” Appl. Note 0970. [Online]. Available: https://www.analog.com/
A. Chen, H. Y. Chen, and C. Chen, “A software improvement technique for platinum resistance thermometers,” Instruments, vol. 4, no. 2, p. 15, 2020.
A. J. Lopez-Martin and A. Carlosena, “Sensor signal linearization techniques: A comparative analysis,” in Proc. IEEE 4th Latin American Symp. Circuits Syst. (LASCAS), Cusco, Peru, 2013.
M. B. Marinov et al., “Linear interval approximation for smart sensors and IoT devices,” Sensors, vol. 22, no. 3, p. 949, 2022.
S. Sundararajan and M. K. Naduvil, “Enhancing sensor linearity through the translinear circuit implementation of piecewise and neural network models,” AIMS Electron. Electr. Eng., vol. 7, pp. 196–217, 2023.
P. R. Nagarajan, B. George, and V. J. Kumar, “A linearizing digitizer for Wheatstone bridge based signal conditioning of resistive sensors,” IEEE Sensors J., vol. 17, no. 6, pp. 1696–1705, 2017.
R. Radetić, M. Pavlov-Kagadejev, and N. Milivojević, “The analog linearization of Pt100 working characteristic,” Serb. J. Electr. Eng., vol. 12, no. 3, pp. 345–357, 2015.
C. Quintáns-Graña and J. Marcos-Acevedo, “Linearize measurements from bridge circuits,” Test & Meas. World, 2010.
O. Hotra, Selected Issues on Temperature Sensors, Lublin, Poland: Lublin Univ. Technol., 2013.
N. Madhu Mohan, T. Geetha, P. Sankaran, and V. Jagadeesh Kumar, “Linearization of the output of a Wheatstone bridge for single active sensor,” Nonlinearity, vol. 1, no. 23, pp. 23–79, 2008.
O. Boyko and O. Hotra, “Analogue linearization of transfer function of resistive temperature transducers,” in Proc. SPIE, vol. 9662, pp. 966247-1–966247-8, 2015.
O. V. Boiko, R. O. Matviiv, and O. P. Chaban, “Kompensatsiia vplyvu oporiv linii zv’iazku v dvoprovidnykh termorezystyvnykh peretvoriuvachakh,” Metody ta pryklady kontroliu yakosti, vol. 1, no. 34, pp. 83–89, 2015. (In Ukrainian)
O. Boiko, “Analogova linearizatsiia kharakterystyk termorezystyvnoho peretvoriuvacha formuvanniam kompensatsiinoho strumu,” Tekhnichni visti, vol. 1, no. 43 / vol. 2, no. 44, pp. 43–45, 2016. (In Ukrainian)
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
