Розглянемо схеми роботи вимірювального каналу:
1. Перший спосіб (рис.3.)
Рис.3 Схема вимірювального каналу з компенсацією в МП
Термопара вимірює температуру об'єкта (технологічного процесу) і перетворює її в термоЕРС. Датчик температури (терморезистор) вимірює температуру вільних кінців термопари, змінюючи своє електричний опір. Комутатор по сигналу мікропроцесора спочатку підключає на вхід АЦП сигнал термопари - термоЕРС, АЦП перетворює її в цифровий код і направляє в мікропроцесор. Потім мікропроцесор подає сигнал комутатора про підключення датчика температури (терморезистора). Зміна опору терморезистора перетворюється в напругу за допомогою перетворювача П, потім АЦП перетворює цю напругу в цифровий код, який подається в мікропроцесор. Віднімаючи з першого цифрового коду другий, мікропроцесор робить корекцію і видає реальну температуру об'єкта.
· Мало електронних вузлів у схемі;
· Мала похибка каналу.
· Використання не менше 9-канального комутатора для восьми каналів вимірювання.
Розрахуємо перетворювач опір - напруга.
Перетворення опору в напругу будемо виробляти з використанням операційного підсилювача (рис.4.).
Рис.4. Перетворювач «Опір-напруга».
Елементи схеми R1, R2 і VD1 представляють собою стабілізований джерело напруги на стабілітроні VD1. Rт - терморезистор. Напруга живлення схеми 15 В.
Вибираємо стабілітрон КС147А.
Характеристики стабилитрона КС147А:
Робочий струм = 20 мА;
Напруга стабілізації = 4,7 В.
Опір знаходимо за формулою:
Потужність розсіювання резистора:
Досить вибрати резистор потужністю 0,5 Вт.
Вибираємо з запасом рівним 10 кОм.
Потужність, яку може розсіяти резистор:
Досить вибрати резистор потужністю 0,125 Вт.
Напруга на вході операційного підсилювача В.
Перетворювач опір - напруга побудований на инвертирующем підсилювачі напруги. Для нього справедлива формула:
де - опір терморезистора, Ом; - вихідна напруга ОУ, В.
Опір терморезистора при температурі 60 ºС знаходимо за формулою:
Максимальна вихідна напруга ОУ (вхідний на АЦП) дорівнює 3 В.
Потужність розсіювання резистора:
Досить вибрати резистор потужністю 0,125 Вт.
Крок квантування АЦП:
Відносна похибка квантування:
Крок квантування АЦП по температурі:
Відносна похибка квантування при 60 ºС:
2. Другий спосіб (рис.5.).
Рис.5. Схема вимірювального каналу з компенсацією в суматорі
Цей спосіб відрізняється від першого тим, що тут корекцію виробляє не мікропроцесор, а додатково введений в схему суматор, який автоматично підсумовує (віднімає) напруги термопари і терморезистора.
· Мікропроцесор менш завантажений;
· Можна використовувати 8-канальний комутатор для восьми каналів вимірювання.
· Додатковий вузол - суматор;
· Суматор вносить додаткову похибку в канал вимірювання.
При = 100 ºС і = 0 ºС:
Коефіцієнт посилення ОУ:
Тоді напруга на вході суматора дорівнює 1,5 В.
Нехай = 10 ºС.
При підвищенні температури вільних кінців на кожні 10 ºС напруга підвищується на 0,15 В.
Опір терморезистора при 10 ºС:
Тоді опір Rв схемою операційного підсилювача одно:
Резистор Rбудет складовим 1000, 560, 56 та18 Ом.
Потужність розсіювання резистора R:
Досить вибрати резистор потужністю 0,125 Вт.
Для компенсації температури вільних кінців термопари вибираємо другий спосіб з суматором. Загальна схема з'єднання показана на рис. 6.
Як суматора вибираємо операційний підсилювач К140УД7.
Рис.6. Схема з'єднання датчиків температури одного каналу