Для упрощения процесса отладки в схему прибора введен приемопередатчик интерфейса RS-485. Это позволит подключить прибор к линии связи с вычислительной машиной. Осуществив передачу в ПЭВМ значения температур датчиков и принимая из нее коды управляющих воздействий (включить, выключить нагреватель), можно отработать алгоритм стабилизации температуры до разработки программы вывода информации на цифровые индикаторы через АТ8515. Это позволит исключить лишние перепрошивки микроконтроллеров.
Коммутатор нагревателя выполнен на транзисторе VT1. Транзистором управляет вывод Р2.7 DD1. Когда контроллер DD1 на Р2.7 формирует высокий уровень, транзистор открывается и подключает к нагревателю питание, когда низкий – отключает. Для устранения наводок в кабеле пульсаций питающего нагреватель напряжения на выходные цепи измерительных мостов, нагреватель запитан постоянным стабилизированным напряжением +15В. Питание стабилизированным напряжением позволило также точно определить количество тепла, выделенное на спирали.
Блок питания выполнен по классической схеме с трансформаторной гальванической развязкой от сети первичного питания. Для формирования каждого выходного напряжения используются отдельные вторичные обмотки трансформатора, мостовые схемы выпрямления напряжения. Для стабилизации питающих напряжений используются компенсационные стабилизаторы напряжения 142ЕН5 и 142ЕН6.
7.1 Расчет датчика температуры
Традиционной схемой включения термометров сопротивления является мостовая схема. По конструктивным и экономическим соображениям сопротивление чувствительного элемента термометра сопротивления (ТС) относительно небольшое. При подключении его к схемам ВП с учетом пространственного рассредоточения ТС и ВП возникает необходимость уменьшения влияния сопротивлений линии связи на результат измерения. Различают двух-, трех- и четырехпроводные схемы соединения ТС с ВП.
В данном случае применяется 3х-проводная схема соединения ТС с ВП (рис .7.1.1).
Рисунок 7.1.1 Схема моста с трехпроводной схемой включения ТС
При такой схеме подключения соединительные провода от ТС идут к различным ветвям измерительной схемы ВП. В симметричных уравновешенных схемах изменение сопротивлений проводов не вызывает погрешности, поскольку наиболее вероятно их изменение в одну сторону. Сопротивления проводов линии связи Rл1 и Rл2 включены в соседние плечи моста и их влияние на состояние равновесия значительно уменьшается. Сопротивление провода Rл3 будучи включительно в диагональ питания, не влияет на равновесие схемы. Выходное напряжение моста определяется выражением:
(1)
При температуре от 15…30 0С термосопротивление имеют следующие значения:
|
Т, 0С |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
Rt,Ом |
52,97 |
53,17 |
53,36 |
53,56 |
53,76 |
53,96 |
54,15 |
54,35 |
54,55 |
54,74 |
54,94 |
55,14 |
55,33 |
55,53 |
55,73 |
55,93 |
Рассчитаем сопротивления в плечах моста. Поскольку через термосопротивление ток не должен превышать 5мА, а само сопротивление имеет малое значение, то
(2)
Для выполнения этого неравенства выбираем R3=1000 Ом и Un=2,5B.
Из уравнения (1) видно, что при увеличении сопротивления Rt (величина значения температура) выходное напряжение моста будет уменьшаться, что приведет к неудобству градуировки отсчетного устройства и отображение результата измерения (увеличение значений температуры справа налево). Для того, что бы с увеличением сопротивления (температуры) выходного напряжения моста увеличивалось необходимо выполнения неравенства:
>
(3)
=
=0,051(при минимальном сопротивлении Rt)
Т.е. 
<0,051 (4)
С учетом неравенства (4) допустим, что R1=5 кОм; R2=50 Ом
Зависимость выходного напряжения моста от температуры представлена на рис. 7.1.2 (Uвых.) и в таблице 7.1.1
Рисунок 7.1.2. Выходное напряжение моста от температуры
|
Т, 0С |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
Uвых., мв |
20,202 |
20,292 |
20,380 |
20,470 |
20,558 |
20,648 |
20,735 |
20,823 |
20,914 |
21,001 |
21,091 |
21,178 |
21,266 |
21,356 |
21,443 |
21,533 |
Таблица 7.1.1
Т.к. зависимость сопротивления от температуры ТСП нелинейная и из рисунка 7.1.2 зависимость тоже не линейна, то для ее линеаризации применим метод кусочно-линейной аппроксимации.
Разделим диапазон измерения температуры на 5 поддиапазонов: (15-18) 0С, (18-21) 0С, (21-24) 0С, (24-27) 0С, (27-30) 0С.
Для каждого поддиапазона получим уравнение 5
А+ВUвых = Т (5)
Для получения коэффициентов А и В решаем систему уравнений для каждого поддиапазона:
А + ВUвых.н = Тн
А + ВUвых.к = Тк
где Uвых.н , Uвых.к - значения напряжений, соответствующие начальной температуре поддиапазона, соответственно;
Тн , Тк – начальные и конечные значения температуры поддиапазона.
Расчетные значения коэффициентов А и В поддиапазонов представлены в таблице 7.1.2.
Таблица 7.1.2
|
Поддиапазон Т, 0С |
15-18 |
18-21 |
21-24 |
24-27 |
27-30 |
|
А |
-211,262 |
-213,720 |
-212,90 |
-213,731 |
-212,029 |
|
В |
11,20 |
11,320 |
11,280 |
11,32 |
11,24 |
Т.о получены линейные зависимости Uвых. (R) для каждого из 5 поддиапазонов.
В память микропроцессора заносятся коэффициенты А и В каждого поддиапазона. В процессе измерения микропроцессор по уравнению (5) производит расчет текущего значения температуры. Для упрощения алгоритма работы микропроцессора в ЭППЗУ заносится таблица соответствия значений выходного напряжения моста Uвых. температуре крайних значений поддиапазона, т.е таблица 7.1.1.
Рассчитаем величину балластных резисторов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.