В одному з наших проектів, чотирьох канальної системи контролю температури в СО2 інкубаторі Galaxy 48S, стояло завдання вимірювання та реєстрації температури з похибкою ± 0,1 ° C. Для цих цілей хотілося б використовувати датчик температури DS18B20 на увазі його простоти підключення і взаємодії з мікро контролером за однопровідною інтерфейсу MicroLAN, але основний недолік його полягав у тому, що похибка заявлена ​​виробником була ± 0,5 ° C в діапазоні від -10 ° C до + 85 ° C, що значно перевищує допустиму . Проте, на сайті виробника я знайшов рекомендації (Application Note 208: Curve Fitting the Error of a Bandgap-Based Digital Temperature Sensor), як зменшити похибка датчиків на основі температурної залежності параметрів кремнієвого pn-переходу (bandgap temperature sensing architecture), до яких відносяться і термодатчики DS18B20. В основі наших нотаток і взяті ці рекомендації по застосуванню фірми Maxim.

Давайте коротко розглянемо ці рекомендації. Як заявлено можна поліпшити точність в 10 разів завдяки компенсації зсуву кривої похибки датчика. Тобто ми можемо цілком досягти необхідних нам ± 0,1 ° C використовуючи компенсацію або калібрувальні коефіцієнти.

Ось на малюнку нижче представлена ​​крива другого порядку зміни помилки вимірювання датчика (для прикладу взято DS1631 він побудований як і DS18B20 на тому ж принципі вимірювання температури bandgap-based sensors) на вимірюваному діапазоні температури від -35 ° C до + 85 ° C. Характеристика знімалася в рідинної ванні, помилка вимірювалася щодо платинового резистивного датчика (RTD) і була записана з інтервалом 5 ° C.

Таким чином, для компенсації цієї помилки необхідно зняти цю характеристику з датчика, який ми плануємо використовувати. І використовувати математичну формулу, яка описує цю криву другого порядку:

Error = OFFSET + α (TTS - TZERO_SLOPE) 2 (1)

, Де TTS температура виміряна датчиком, α- коригувальний коефіцієнт нашої кривої, TZERO_SLOPE значення температури в якій крива помилки має нульовий нахил (іншими словами точка мінімуму на нашому графіку вище це приблизно 15 ° C, і OFFSET значення помилки в точці TZERO_SLOPE. Після визначення значень , OFFSET і TZERO_SLOPE вираз (1) забезпечує найбільш точне наближене відповідність виміряних значень помилки і обчислених значень. Таким чином ми можемо обчислити наближену помилку вимірювання при довільній температурі і потім компенсує вать цю помилку віднімаючи значення обчисленої помилки від виміряного значення температури. Ось що виходить:

TCOMP = TTS - Error = TTS - [OFFSET + α (TTS - TZERO_SLOPE) 2] (2)

Для досягнення найкращого результату з цією методикою, у кожного датчика температури слід зняти характеристику в необхідному діапазоні вимірювання, що б найбільш точно визначати помилку обчислену для кожного датчика.

Звичайно, все це було дуже цікаво і пізнавально, але ми вирішили спростити в нашому випадку. Вивчивши поставлену нам задачу ми прийшли до висновку, що нам немає необхідності вимірювати температуру з точністю ± 0,1 ° C у всьому діапазоні, який дозволяє датчик від -55 ° C до + 125 ° C, а лише в дуже вузькому діапазоні від +35 ° C до + 42 ° C. Тому можна буде обійтися просто калібруванням датчиків в будь-якій точці від + 35 ° C до + 42 ° C, щодо еталонного вимірювача, потім обчисливши різницю в показаннях знайти помилку і цю помилку компенсувати при наступних вимірах вже під час роботи. При цьому за нашими розрахунками похибка вимірювання не повинна перевищити необхідних нам ± 0,1 ° C на цьому діапазоні вимірювання температури. Звичайно якби діапазон виміру був би більш широким, застосовувати дане рішення вже не зовсім коректно, тому що помилка вже на цьому діапазоні змінювалася б уже більш істотно, що позначилося б в результуючої похибки. Але у всіх випадках потрібно прораховувати і аналізувати ситуацію, можна наприклад розбити весь діапазон виміру на невеликі інтервали і використовувати на кожному інтервалі свій поправочний коефіцієнт помилки. Цим ви зможете зменшити кількість і складність обчислень в програмі.

Для того, що б зняти характеристику датчика DS18B20 ми використовували розроблений нами ВИМІРЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗІ КОМП'ЮТЕРА . Цей комплекс дозволяє підключити до 12 датчиків DS18B20 до комп'ютера, де по кожному каналу вимірювання ведеться журнал зміни температури, а також є можливість записувати дані на жорсткий диск комп'ютера. Програма додається безкоштовно, завантажити можна тут .

У відео нижче ви можете подивитися про це вимірювальному комплексі як підключити і користуватися.

За додатковою інформацією звертайтесь за телефоном (044) 221-65-15
ВГОРУ