Разработка преобразователя сопротивления в ток с пределами измерения: 1Ом, 10Ом, 100Ом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Кафедра систем сбора и обработки данных

Курсовая работа

Преобразователь сопротивления в ток

Факультет : АВТ

Группа : АИ – 03

Студент :                                                                                                                 

            Беспрозванный Ф. Г.

Отметка о защите________________________________

Новосибирск 2002 г.

1. Введение

При проектировании микроэлектронной аппаратуры обработки аналоговых сигналов часто требуется перейти от одного вида аналогового сигнала к другому. В этих случаях используются схемы взаимного преобразования аналоговых величин, к которым относятся напряжение, интервал времени, ток, сопротивление, температура и т. д. Большинство этих схем в настоящее время реализуется на ОУ, таймерах и перемножителях.

Преобразователи сопротивления (R) в ток (I) обычно используются в омметрах и измерительных системах использующих резистивные датчики.

2. Технические данные для проектирования.

а)  Заданные технические данные

Пределы измерения - 1Ом, 10Ом, 100Ом

Номинальный выходной ток Iном=20mA

Приведённая погрешность - g, не более 2%

Максимальная выделяемая мощность на измеряемом сопротивлении 10мкВт

Диапазон рабочей температуры  -40 +70С

3. Структурная схема преобразователя.

Схему преобразователя структурно можно представить в следующем виде:

где

Rx  – измеряемое сопротивление

Rн  – сопротивление нагрузки через которое проходит Iном

4. Уравнение преобразования

Выходной ток, проходящий через нагрузку, прямо пропорционален сопротивлению Rx

Рис.1 Схема преобразователя.

Ток проходящий через измеряемое сопротивление определяется источником тока DA3(REF200), он постоянен и равен 300мкА. Мощность выделяемая на этом сопротивлении не превысит при этом 9мкВт . Предел измерения можно менять путём включения в цепь соответствующего резистора Rк1, Rк2 или Rк3, вследствие чего будет изменяться коэффициент усиления  инструментального усилителя DA1(INA114)

Уравнение преобразования:

Где Rx – измеряемое сопротивление, Ii – ток источника тока, Ку – коэффициент усиления DA1.

5. Расчет элементной базы схемы:

Выберем инструментальный  усилитель INA114 и операционный усилитель DA2 К140УД17. Данные элементы имеют малые входной ток и ТКЕсм.

Расчет резисторов.

Необходимо, чтобы выполнялось следующее неравенство:

                   

Выберем Rн=100 Ом, R4=100 Ом получим U1>4В, примем его равным 5В.

Для обеспечения номинального выходного тока Iн=20mA, необходимо, что бы на вход преобразователя напряжения в ток подавалось напряжение 2В

Зависимость выходного тока Iв от входного напряжения Uв описывается следующим уравнением:

Uв измеряем на не инвертирующем входе усилителя DA2.

Зависимость Uв от измеряемого сопротивления описывается уравнением:

Где

Где Rк резистор Rк1, Rк2 или Rк3, в зависимости от выбранного предела измерения. Для обеспечения номинального Uв=2, выберем резисторы Rк1, Rк2 и Rк3 7.5Ом, 75 Ом и 760 Ом соответственно.

Резисторы R1 и R3 для уменьшения погрешности от входных токов усилителя DA2 возьмём одного номинала 100 Ом.

6. Анализ погрешностей

Рассмотрим инструментальные погрешности:

1.       Погрешность от допусков резисторов

2.       Погрешность от ТКС резисторов

3.       Погрешность от Е_см   DA1 и DA2

4.       Погрешность от входных токов DA1 и DA2

5.       Погрешность от нестабильности выходного тока DA3

6.       Погрешность коэффициента усиления DA1

7. Расчет погрешностей

Уравнение выходного тока:

Рассчитаем следующие погрешности:

1)       Погрешность от ТКС и допуска Rк.

Выберем R0 из серии С2-29В.

У данного резистора

A

 при любом пределе измерения.

Допуск  0.1%

А

2)      Погрешность от ТКС  и допуска R4.

Выберем R4 из серии С2-29В.

У данного резистора

А

Допуск 0.1%

 

А

3)       Погрешность от входных токов и  Eс усилителя DA1.

    

А

  

4)       Погрешность от входных токов усилителя DA2 и тока затвора транзистора Т1.

 так как R1=R3

A

5)       Погрешность от ТКЕсм DA1.

отсюда следует что максимальный TKEc будет при минимальном Kу,  TKEc=0.1075мкВ/К

6)       Погрешность от ТКЕсм DA2.

7)        Погрешность коэффициента усиления DA1 во всём температурном диапазоне составляет 0.5%

  

 При любом пределе измерения.

8)        Погрешность от нестабильности выходного тока DA3 во всём температурном диапазоне составляет 0.5%

 

Найдем общую погрешность:

 или в процентах 1%

Данная погрешность удовлетворяет заданной.

8. Заключение.

Данная схема преобразователя сопротивления в ток достаточно проста, но в то же время обеспечивает необходимую точность преобразования (погрешность преобразования не более 1% ) . Данные качества позволяют широко использовать эту схему в измерительных системах .

8. Список используемой литературы:

1.  Конспект лекций Пасынкова Ю.А. по схемотехнике за 2002 год.

2.  Гутников В.С. ”Интегральная электроника в измерительных устройствах” 1988 год.

3.  “Полупроводниковые приборы: Транзисторы “ Энергоиздат 1982 год.

4.  Каталог продукции фирмы Burr-Brown за 1995 год.

9.  Технические характеристики элементов схемы.

Обозначение на схеме	Тип элемента	Количество	Примечание
	Опер. усилитель
DA2	К140УД17	1	±UП=3-18 В- напряжение питания         ТКЕСМ = 1.3мкВ/К
DA1	INA114	1	Ес=50мк/к Iв=2нА
R1-R7	C2-29B	7	Прецизионные. ТКС =
Rн	Любая серия	1
T1	Полевой транзистор	1	Iз=10нА, U=12в
	КП302А	1