Бондарь Олег Григорьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры космического приборостроения и систем связи.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Oleg G. Bondar - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Space Instrumentation and Communication Systems Department.
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Брежнева Екатерина Олеговна - кандидат технических наук, доцент кафедры космического приборостроения и систем связи.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Ekaterina O. Brezhneva - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Space Instrumentation and Communication Systems Department.
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Калмыков Андрей Игоревич - студент кафедры космического приборостроения и систем связи.
Ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Andrey I. Kalmykov - Student, Space Instrumentation and Communication Systems Department.
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Цель работы: повышение быстродействия и точности измерения температуры резистивными датчикам (РДТ) при удаленном двухпроводном подключении в распределенных системах мониторинга. Разработка и реализация метода измерения температуры на основе обработки результатов интегрирования начального участка переходного процесса разряда конденсатора, шунтирующего термометр сопротивления, оценка параметров модели определения времени интегрирования и апробация метода на экспериментальном стенде. Определение погрешностей измерения сопротивления РДТ методом интегрирования начального участка переходного процесса с применением линейной модели определения времени интегрирования и оценка эффективности предложенного решения по сравнению с альтернативными методами.
Методы: в основе математического описания метода лежит теория электрических цепей. Оценка эффективности метода проводилась по результатам экспериментальных исследований. При разработке линейной модели определения времени интегрирования строилась линейная регрессионная модель, рассчитывались относительные погрешности по усредненным результатам многократных измерений.
Результаты: предложен и исследован метод определения сопротивлений резистивных датчиков температуры на основе обработки результатов интегрирования начального участка переходного процесса разряда конденсатора на РДТ при двухпроводном подключении в распределенных системах мониторинга. Приведено математическое описание метода, на основе которого разработан алгоритм вычисления сопротивления РДТ, исключающий влияние сопротивления соединительных проводов на результаты измерений. В основе разработанного алгоритма лежит интегрирование переходного процесса разряда конденсатора (накопление и суммирование отсчетов) на ограниченном временном интервале с сохранением результатов в середине (t1) и конце интервала (t2) и расчет сопротивления РДТ по полученным параметрам. Определены параметры модели подстройки времени интегрирования, оценены погрешности измерения. Проведена апробация метода с помощью экспериментального стенда на базе микроконтроллера ATmega328 и магазина сопротивлений P4831 с классом точности 0,02.
Заключение: представленные в работе результаты исследования и апробации метода измерения температуры РД демонстрируют его эффективность для снижения погрешностей измерения, вызванных влиянием сопротивления соединительных проводов. Применение предложенных методов измерения и алгоритмов обработки позволяет использовать двухпроводное подключение датчиков в распределенных системах мониторинга при сохранении точности измерений на уровне более сложных и дорогостоящих трехи четырехпроводных схем, исключив влияние сопротивления соединительных проводов. Применение описанного в работе метода интегрирования напряжения на начальном участке переходного процесса позволяет не только повысить быстродействие, но и обеспечить требуемый уровень точности измерений. Проведенные экспериментальные исследования показали, что относительные погрешности измерения предложенным авторами методом при применении линейной модели определения времени интегрирования не превышают 0,07% в диапазоне изменения номинальных сопротивлений 1-4 кОм (соответствует диапазону температур, измеряемых платиновым термометром сопротивления, 0-600 0С) при искусственном увеличении суммарного сопротивления соединительных проводов до величины, превышающей 200 Ом.
Предложенный метод может быть применен в системах мониторинга, использующих РД, размещенных на значительном удалении от измерительного блока.
Purpose: improving the speed and accuracy of temperature measurement by a resistive sensor (RTD) with remote two-wire connection in distributed monitoring systems. Development and implementation of a temperature measurement method based on the processing of the integration results of the initial phase of the transient discharge process of a capacitor shunting a resistance thermometer, evaluation of the parameters of the integration time determination model and testing of the method on an experimental bench. Determination of errors in measuring RTD resistance by integrating the initial phase of the transition process using a linear model for determining the integration time and evaluating the effectiveness of the proposed solution in comparison with alternative methods.
Methods. The mathematical description of the method is based on the theory of electrical circuits. The effectiveness of the method was evaluated based on the results of experimental studies. When developing a linear model for determining the integration time, a linear regression model was built, and relative errors were calculated based on the average results of multiple measurements.
Results. A method for determining the resistances of resistive temperature sensors based on the processing of the integration results of the initial phase of the transient capacitor discharge process on a two-wire connection in distributed monitoring systems is proposed and investigated.
A mathematical description of the method is given, on the basis of which an algorithm for calculating the resistance of the RTD has been developed, eliminating the influence of the resistance of the connecting wires on the measurement results. The developed algorithm is based on the integration of the transient process of capacitor discharge (accumulation and summation of samples) over a limited time interval, while preserving the results in the middle (t1) and the end of the interval (t2) and calculating the resistance of the RTD based on the obtained parameters.
The parameters of the integration time adjustment model are determined, and measurement errors are estimated. The method was tested using an experimental stand based on an ATmega328 microcontroller and a P4831 resistance store with an accuracy class of 0.02.
Discussion. The results of the research and testing of the RD temperature measurement method presented in the paper demonstrate its effectiveness in reducing measurement errors caused by the influence of the resistance of connecting wires. The application of the proposed measurement methods and processing algorithms makes it possible to use two-wire sensor connections in distributed monitoring systems while maintaining measurement accuracy at the level of more complex and expensive threeand four-wire circuits, eliminating the influence of the resistance of the connecting wires. The application of the voltage integration method described in the work at the initial stage of the transient process allows not only to increase performance, but also to ensure the required level of measurement accuracy. Experimental studies have shown that the relative measurement errors of the method proposed by the authors when using the linear model for determining the integration time do not exceed 0.07% in the range of nominal resistances of 1-4 kOhm (corresponds to the temperature range measured by a platinum resistance thermometer, 0600 0C) with an artificial increase in the total resistance of the connecting wires to a value exceeding 200 ohms.
The proposed method can be applied in monitoring systems using taxiways located at a considerable distance from the measuring unit.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.