Датчик: ТХА–0515. Данный датчик имеет градуировку ХА. Градуировочная характеристика приведена на графике 6 рисунка 1 [1,c.15] .
Рисунок 1-Градуировочные характеристики термоэлектрических термометров.
1 – гр. ХК; 2 – гр. ХА; 3 – гр. ВР – 5/20; 4 – гр. ПП-1; 5 – гр. ВР – 10/20; 6 – гр. ПР – 30/6; 7 – гр. ВМ
Классическая схема включения термопары типа J (железо-константан) приведена на рисунке 2. Рисунок 2. Схема включения термопары Опорная термопара абсолютна необходима, иначе придётся иметь дело с добавочными термопарами, возникающими в точках, где различные металлы соединяются с контактами измерительной схемы. Если термопары находятся на далёком расстоянии от измерителя, то необходимы специальные измерительные провода. Даже при наличии двух термопар на зажимах всё же имеют место термопарные соединения, но это уже редко вызывает осложнения, поскольку они одинаковы (контакт уже одной и той же пары металлов; практически одинакова температура) и должны взаимно вычитаться в схеме измерителя. Сама схема измерителя, как правило, должна обладать усилительным эффектом (термопары имеют низкое выходное напряжение порядка 50 мкВ/С), учитывать синфазные помехи промышленной частоты и радиопомехи, иметь достаточно высокое входное сопротивление (Rвх>10 кОм), чтобы предотвратить ошибки от нагружения датчика. В термопарных схемах рисунок 1 результирующее напряжение зависит от температуры обеих термопар (их разности), что уже является предпосылкой создания задатчика, если температуру опорного спая задавать как необходимую стабилизируемую. Задавать температуру опорной термопары можно двумя способами: 1. Помещать вспомогательную термопару в холодильник, термостат. 2. Применение компенсирующих схем, которые корректируют отличие, связанное с тем, что температура на опорном спае колеблется. В данной работе применяется дифференциальные задатчик с компенсацией температуры среды на опорной термопаре рисунок 3.
Рисунок 3- Дифференциальный задатчик с компенсацией температуры среды на опорной термопаре
Она реализована на дифференциальном усилителе DA3 с T-образной цепью обратной связи, обеспечивающей требуемое усиление по напряжению. Шунтирующие конденсаторы C1,C2 ослабляют ВЧ-радиопомехи, конденсаторы C3,C4, подключённые параллельно резисторам обратной связи, дополнительно ограничивают полосу пропускания (НЧ-фильтр). Схема компенсации напряжения на опорном спае (DA1,DA2) подключена к выходной цепи. Это сделано для того, чтобы сохранить точный дифференциальный баланс на входе и обеспечить высокое подавление синфазной помехи. Так как сам усилитель имеет коэффициент передачи Kу=200, то на выходе схемы компенсации напряжение термоЭДС необходимо усиливать до величины ККОМП=Ку*КТ. КТ определяем по графику 2 рисунка 1. Берем две произвольные точки на графике: 25 мВ при 600°C=873,15 К и 40 мВ при 1000°C=1273,15 К.
или 25 мкВ/К
тогда
Ккомп=КуКт=25*200=5000 мкВ/К
На схеме DA1 реализован вспомогательный датчик, работающий в диапазоне изменения температуры среды. В качестве датчиков можно взять любы, но наиболее дешевые: диоды и транзисторы, имеют хорошую линейную зависимость в диапазоне от 40 до 400 К. Усреднённый коэффициент передачи датчика можно принять как:
Резистор R9 определяет ток диода (транзистора) и должен обладать высокой стабильностью и низким температурным коэффициентом сопротивления. На выходе схемы DA1 (точка 1) будет действовать напряжение -UД. Так как KД – величина отрицательная, то с помощью резистора R13 он преобразуется в положительную величину, так как токи, протекающие через резисторы R12 и R13, вычитаются (противоположная полярность источников). Коэффициент усиления схемы DA2 должен быть таким, чтобы коэффициент передачи схемы компенсации был равен коэффициенту термопары КТ с учётом КУ дифференциального усилителя. Таким образом, должно выполняться равенство:
Отсюда можно найти требуемую величину КDA2, которая в свою очередь определятся как:
КDA2=Кт/Кдат=10*10-3=R14/R12
Примем R12 =10 кОм, тогда R14:
R14 =R12*KDA2=10*103 *10*10-3= 100 Ом
Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее наибольшее:100 Ом. На инвертирующий вход схемы DА2 необходимо подавать напряжение прямо пропорциональное температуре стабилизации согласно формуле:
U+=КтКуТстаб=25*10-6 *200*Тстаб=0,005*Тстаб,
где Тстаб – это температура стабилизации, выраженная в градусах Кельвина. Величина резистора R15 берется как параллельное соединение резисторов R12, R13, R14. Определим величину резистора R15: Примем R13=10 кОм, следовательно:
.
R15=98 Ом. В качестве микросхем DA1-DA3 возьмём К140УД6
Максимальное выходное напряжение схемы на рисунке 3 при заданном диапазоне температур -50…+150°С
Umax = (tmax-tmin) KТ *Ку=(150+50)*0,000025*200=1 В.
Максимальное выходное напряжение схемы задатчика согласно заданию должно быть 10В. Необходимо поставить добавочный усилитель, с коэффициентом усиления 10/1=10. Таким образом, так как усилитель двухкаскадный Ку1=10, Ку2=1. Два каскада необходимо для соблюдения знака управляющего сигнала.
R2=R1*Ky=10 кОм. Примем R2 =10 кОм. Расчёт второго каскада выполнен аналогично. R3 = 1 кОм, R4 =1 кОм. R5, R6 служат для более устойчивой работы усилителя, и равны 10 кОм.
Список использованной литературы: 1) Методические указания и задания по курсовому проектированию / Под ред. А.Р. Решетилова. – Мн. : МРТИ, 1990. – 23 с. 2) Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / Под ред. М.В. Гальперина. – М. : Мир, 1983. Т.2. – 590 с. 3) Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие / Под ред. Б.А. Кошарского. – Л. : Машиностроение, 1976. – 453 с.
