Розработка преобразователя сопротивления температурного резистивного датчика в ток, страница 3

Коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение смещения нуля      ≤ 35 мкВ/В.

Входное сопротивление                                                                                                                   1 МОм.

Температурный дрейф напряжения смещения                                                                             7 мкВ/ºС.

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания                                                                                                                       ±(12…16,5) В.

Входное напряжение                                                                                                                        ± 4,5 В.

Сопротивление нагрузки                                                                                                                 ≥ 2 кОм

Температура окружающей среды                                                                                                   -10…+70 ºС.

Питание преобразователя – ± 15 В.

III.  Усилитель напряжения. В качестве этого узла выбран инструментальный усилитель INA114

Рисунок 6 – Инструментальный усилитель INA114

Коэффициент усиления – 1+50кОм/RG

Таблица 2 Характеристики INA114

Напряжение питания    

От ±2.25 до ±18V

Температурный дрейф напряжения смещения            

0.25мкВ/C

Температура окружающей среды                                                      

-40…+85 ºС.

Средний входной ток   

2 нА

IV.  Преобразователь напряжение – ток

Источник тока – преобразователь напряжения в ток

Принципиальная схема источника тока была рассмотрена выше в п  1. Ток проходящий через нагрузку Rн зависит от питающего напряжения поступающего от усилителя напряжения.

Рисунок 7 -источник тока на ОУ

В результате принципиальная схема преобразователя  будет выглядеть следующим образом

Рисунок 8 – преобразователь R-I

Питание ИОН:

Для предела Rx =1000 Ом:

Для предела Rx =100  Ом:

Ток через нагрузку:

Уравнение преобразования:

Для предела Rx =1000 Ом

Для предела Rx =100  Ом:      

Резисторы из серии С2-29В. У данных резисторов допуск 0.1%.

Подберем номинальное значение резисторов

Через Rx протекает ток с номинальным значением 250 мкА., сопротивление резистора – переменное  с пределами 100 и 1000 Ом. Для того чтобы обеспечить ток 250 мкА. через преобразуемое сопротивление,

В задании указано:

Выберем  R1 из серии С2-29В - 0.125Вт номинальным значением 4,93к-1%\"А"

R1 = 4,93 кОм.

Напряжение на Rx:

Для предела Rx =1000 Ом:               =  1.2*1000/4930  = 0.24 В. 

Для предела Rx =100  Ом:                =  1.2*100/4930  = 0.024 В. 

Сопротивлениями R2 R3 устанавливаем коэффициент усиления инструментального  усилителя INA114.

 

Для предела Rx =1000 Ом:

Для предела Rx =100  Ом:

Выберем  R2 из серии С2-29В - 0.125Вт 16к-0,1%\"А"

R2 = 16кОм.

Выберем  R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 1,27к-0,25%"А"

R3 = 1.27кОм.

Для предела Rx =1000 Ом: 

Для предела Rx =100  Ом:

При выборе резисторов необходимо чтобы выполнялось условие R3+R2>>Rx+R1.  Напряжение   должно обеспечить номинальный выходной ток 4 мА. через нагрузку Rn.

Для предела Rx =1000 Ом:

=   0.24 В            

отсюда значение R4 = 247Ом.

Для предела Rx =100  Ом аналогично:

R4 = 242Ом

Выберем  R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 249-0,5%"А"

R4 = 249 Ом.

Для предела Rx =1000 Ом:

 

Для предела Rx =100 Ом:

Анализ погрешностей

Рассмотрим инструментальные погрешности:

1.         Погрешность от допусков резисторов

Уравнение преобразования

Для предела Rx =1000 Ом:  Rk = R2

Для предела Rx =100 Ом:    Rk = R3

при любом пределе измерения.

2.         Погрешность от ТКС резисторов

3.         Погрешность от Есм   DA1 и DA2

4.         Погрешность от входных токов DA1 и DA2

5.       Погрешность от нестабильности выходного тока DA3

6.       Погрешность коэффициента усиления DA1

Рисунок 8 – принципиальная схема преобразователя R-I 

 

Выводы

Данная схема преобразователя сопротивления в ток достаточно проста, но в то же время обеспечивает необходимую точность преобразования (погрешность преобразования не более 0.1% ). Данные качества позволяют широко использовать эту схему в измерительных системах. Для удешевления схемы возможно использование менее точных резисторов и операционных усилителей.