Автоматическая подстройка параметров алгоритма измерения температуры в широком диапазоне

Рассмотрено повышение точности измерений температуры с помощью систем мониторинга воздушной среды на различных объектах, например на опасных производствах. Особенность таких систем – большое расстояние между измерительным устройством и датчиками температуры, в качестве которых в системах сбора и контроля параметров среды широко применяются термометры сопротивления. Показано, что основным источником погрешностей измерений температуры при удалённом подключении датчиков является сопротивление соединительных линий, определяемое их длиной. Проанализированы основные методы уменьшения погрешности измерения, вызванной влиянием сопротивления линии подключения датчиков на результаты измерений температуры. Сформулированы преимущества двухпроводных схем в сравнении с трёх- и четырёхпроводными. Описан двухпроводный метод измерения температуры с интегрирующим преобразователем, реализованный на базе устройства со встроенным микроконтроллером и позволяющий сократить время измерения, реализовать отстройку от помех и шумов квантования и, как следствие, уменьшить погрешность измерения температуры по сравнению с аналогичными двухпроводными методами измерения. Предложен альтернативный двухпроводный метод измерения температуры с автоматической подстройкой параметров алгоритма измерения, направленный на повышение точности измерения за счёт ослабления влияния постоянной времени. Найдено оптимальное время первого такта интегрирования. Проведены экспериментальные исследования и оценочные расчёты, подтверждающие эффективность предложенного решения. Коэффициент вариации при изменении сопротивления датчиков температуры в диапазоне 1–4 кОм составляет ±0,06 %, интервал изменения относительной погрешности измерения сопротивления при автоподстройке в пределах указанного диапазона уменьшился более чем в четыре раза. Результаты эксперимента позволяют рассчитывать на возможность применения метода в системах контроля и регулирования с удалённым подключением датчиков температуры.

1. Камынин В. А., Вольф А. А., Скворцов М. И. и др. Распределённое измерение температуры в непрерывных гольмиевых волоконных лазерах. Фотон-экспресс, (6), 347–348 (2021). https:/doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-347-348

2. Филатов А. В., Сердюков К. А., Новикова А. А. Перспективы использования модифицированного нулевого метода измерений температуры датчиками сопротивления. Измерительная техника, (7), 51–55 (2020). https:/doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-7-51-55

3. Киба Д. А., Любушкина Н. Н., Гудим А. С., Биткина А. А. Регистратор условий хранения и транспортировки специализированных грузов. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 62(7), 668–674 (2019). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2019-62-7-668-674

4. Каспаров К. Н., Белозеров А. В. Измерение температуры быстропротекающих процессов. Измерительная техника, (12), 34–38 (2002).

5. Куликов В. А., Муравьев В. В., Никитин К. А., Брагин Г. В. Измерение температуры рельсов бесстыкового пути. Измерительная техника, (5), 53–55 (2017). https://elibrary.ru/ytvxrz

6. Лапшинов Б. А. Методы измерения температуры в технологиях сверхвысокочастотного нагрева. Измерительная техника, (6), 20–28 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-6-20-28

7. Су Ц., Кочан О. В., Йоцов В. С. Методы снижения влияния приобретенной термоэлектрической неоднородности термопар на погрешность измерения температуры. Измерительная техника, (3), 52–55 (2015). https://elibrary.ru/torcyn

8. Волков Б. И., Новицкий Д. М. Анализ погрешностей измерения температуры, обусловленных неточностью модели измерительно-вычислительного преобразователя. Измерительная техника, (3), 24–27 (2004). https://elibrary.ru/pdxfdz

9. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Поздняков В. В. Методы и алгоритмы управления термокаталитическим датчиком водорода. Измерительная техника, (5), 69–72 (2018). https://elibrary.ru/xpsvjb

10. Кулдашов О. Х., Нигматов У. Ж. Автоматизированная система мониторинга температуры рабочей поверхности солнечных панелей. Автоматика и программная инженерия, (3(37)), 108–111 (2021).

11. Андрусевич А., Губа А. Термометры сопротивления: от теории к практике. Компоненты и технологии, (7), 61–66 (2011).

12. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Калмыков А. И. Повышение точности измерения температуры: метод двухпроводного подключения термометра сопротивления. Измерительная техника, (3), 53–58 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-3-53-58

13. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Родионов П. С. Многоканальный преобразователь температуры. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 65(4), 254–261 (2022). https:/doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-4-254-261

14. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Поляков Н. В. Способ измерения температуры среды: пат. RU № 2781754 C1. Изобретения. Полезные модели, № 29 (2022).

15. Буслаев А. Ф. Устройство для измерения температуры среды: пат. RU № 2534633 C1. Изобретения. Полезные модели, № 34 (2014).

16. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О. Способ многоканального измерения температуры: пат. RU № 2775873 C1. Изобретения. Полезные модели, № 20 (2022).

17. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Двойных Е. С. Способ измерения температуры: пат. RU № 2752132 C1. Изобретения. Полезные модели, № 21 (2021).

18. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Зубарев А. Ю. Способ измерения температуры: пат. RU № 2805639 C1. Изобретения. Полезные модели, № 30 (2023).

19. Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Зубарев А. Ю. Совершенствование алгоритмов измерения температуры при двухпроводном подключении термометра сопротивления. Измерительная техника, (4), 57–62 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-4-57-62