В зависимости от требований точности измерений можно либо пренебречь колебаниями температуры холодного спая термопары, либо стабилизировать его температуру (обычно на уровне +50 ± 0,5 ° C) с последующим учетом этой температуры в виде дополнительной постоянной ЭДС, вносимой в выходной сигнал. Третьим широко применяемым решением является компенсация температуры холодного спая введением дополнительного источника напряжения, включенного последовательно с термопарой и имеющего такую же зависимость ЭДС от температуры в диапазоне возможных изменений температуры холодного спая, что и термопара, но с противоположным знаком. В качестве источника дополнительной ЭДС обычно используется p-n-переход маломощного кремниевого диода (рис. 2.11). Данная схема представляет собой инвертирующий усилитель выходного сигнала термопары. Коэффициент усиления усилителя определяется отношением сопротивлений R9 к R1 + R4. Из соображений помехоустойчивости сопротивления резисторов R1 и R4 не должны быть велики. Рекомендуется R1+ R4 £ 1 кОм.
Рис. 2.11. Усилитель сигнала термопары с компенсацией
температуры холодного спая
Кремниевый диод VD1 служит для формирования напряжения компенсации температуры холодного спая. Его чувствительность к температуре dU/dT равна приблизительно 2.0 мВ/°C при токе I = 1 мA, а падение напряжения при этом же токе составляет приблизительно 0.7 В. Стабилитрон VD2 стабилизирует питание диода VD1 и цепи R6 R8 подстройки напряжения смещения ОУ. Напряжение стабилизации VD2 может быть в интервале от 2.2 до 3.9 В. Резистор R5 задает ток стабилитрона VD2. Ток стабилитрона выбирают обычно в 10 раз большим суммы токов, снимаемых с него в нагрузку. Напряжение компенсации температуры холодного спая снимается с делителя R3 R4 (падение напряжения на R4). Делитель понижает чувствительность к температуре с характерного кремниевому диоду VD1 значения 2000 мкВ/°C до чувствительности, присущей выбранной термопаре (например, как следует из табл. 2.3, термопара типа J имеет чувствительность 52.7 мкВ /°C для температуры Т = 100 °C). Полагая, что чувствительность термопары для области температур холодного спая останется такой же, получим коэффициент деления 2000/ 52.7 @ 38.
Учитывая низкий уровень входного сигнала, схема должна быть хорошо защищена от помех. Цепи R2C1 и R6C2 предохраняют от пульсаций источника питания, конденсатор C3 снижает коэффициент усиления для высокочастотных сигналов, снимаемых с термопары, которая может играть роль антенны. Назначение и параметры цепочки R10C4 указаны в описании ранее рассмотренной схемы на рис. 2.10. Фильтрующие конденсаторы могут иметь следующие номиналы: C1 = C2= 4.7...10 мкФ, C3 = 0.1...0.47 мкФ.
Из всего многообразия датчиков оптического излучения мы остановимся на свойствах и схемах включения фотодиода, фоторезистора и полупроводникового пироприемника.
Фотодиоды. Если открыть для светового излучения p-n-переход полупроводникового диода, то в его токе появится новый компонент, связанный с фотогенерацией неосновных носителей. В этом случае известная характеристика диода преобразуется в характеристику фотодиода:
I = IS [exp (qU/kT) - 1] - IPH , (2.5)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.