У меня наиболее удачным оказалось сочетание резисторов 107 Ом и 46 кОм. Так как измерения будут проводится в комнате, а комнатная температура обычно не выходит за пределы 10°С и 30°С в качестве компенсатора температуры холодного спая будет использоваться диодный компенсатор представленный на схеме №3. Свойства p-n перехода таковы, что сопротивление сильно зависит от температуры. Причем на таком небольшом диапазоне эту зависимость можно считать линейной. Как и зависимость напряжения одного из спаев термопары впрочем.
На вход "3" ОУ подается опорное стабильное напряжение с делителя R9, R8. Свойства ОУ таковы, что в активном режиме работы его входы находятся под одинаковым потенциалом в первом приближении. Это обеспечивается отрицательной обратной связью от выхода на инвертирующий вход "2" через диод- датчик температуры. (конденсатор нужен для устойчивости работы схемы и уменьшения шумов, помех, конденсатор просто фильтрует высокие частоты, а конденсатор на ОУ — для защиты от самовозбуждения, их номиналы соответственно 200 и 30 пФ). При росте температуры напряжение на диоде падает, но, т.к. Потенциал анода неизменен и равен потенциалу инвертирующего входа, равного в свою очередь неизменному потенциалу неинвертирующего входа, то - напряжение на выходе растет. Это и есть выходной сигнал этого датчика. Нуль датчика, т.е. сдвиг его характеристики вверх-вниз делаем переменным резистором R8. Он меняет потенциал неинвертирующего входа, а следовательно - потенциал инвертирующего, следовательно и выхода ОУ. При этом коэффициент передачи почти не меняется, точнее - мало меняется, т.к. Немного изменяется рабочий ток диода. Дальше - вторым свойством данной схемы является то, что при выбранной рабочей точке, ток через диод поддерживается неизменным. Ток через анод протекает только через резистор R10, т.к. входным током ОУ можно пренебречь в силу его малой величины. Один конец этого резистора находится под неизменным потенциалом опорного напряжения, а другой - под неизменным потенциалом, равным потенциалу входов ОУ. Следовательно, разность потенциалов неизменна, ток через резистор — тоже неизменен, а это и есть ток диода. В нашем случае, в качестве Uстаб используется +5 вольт со стабилизатора напряжения LP2980. Uстаб*R9/R8=UВ без влияния диода, а диод будет оказывать такое влияние: (1+RD/R10)*UD=ΔU где ΔU - зависимость напряжения от температуры, а UD - падение напряжения на диоде. В нашем случае R9 — 30 кОм, R8 — Предварительно был выбран 8 кОм, позже производилась калибровка, о которой написано немного ниже.Из характеристик диода КД205 видно что его сопротивление зависит так ΔRD/ΔT=2 Ома на градус. У используемого диода исходное сопротивление при комнатной температуре было 612 Ом. Напряжение падающее на диоде —
Uстаб*(R10/(R10+RD))-UВ=Uстаб*(R10/(R10+RD)-R9/R8); Рассчитывая R10 таким образом мы получаем R10=1,7 кОм. В результате наша схема выглядит следующим образом:
В ходе работы возникла проблема — где же взять отрицательное питание для операционных усилителей? Дело в том, что по умолчанию на Com-Port вообще отсутствует такое понятие как питание устройства. Не смотря на это, на неиспользуемых выводах было обнаружено напряжение в +11 Вольт (которое и использовалось в качестве источника положительного напряжения). Так как нуль по напряжению обычно не используется, в протоколе RS232 могут присутствовать два значения напряжений в качестве логических единиц информации: ±5 и ±12 Вольт. Было предложено эту проблему решить следующим образом — неиспользуемую лишнюю мощность снимать прямо с сигнальных выходов компьютера. Отбирая отрицательное напряжение, используя сдвоенные диоды BAT54S, см схему №5.
Калибровка коэффициента диодного компенсатора выглядела следующим образом: Горячий спай термостатировался в ванне со льдом, а у холодного спая меняли температуру обычным феном, регулируя резистор R10 (добавив последовательно подстроечный резистор СП5-24) таким образом, чтобы напряжение на выходе не менялось от температуры: в ходе эксперимента самым оптимальной оказалось добавка 34-х Ом, при которой напряжение менялось в пределах 0,01 Вольта. Коэффициент усиления добавки к нулю постоянного напряжения (для полноценной работы АЦП и возможности измерять отрицательные температуры) и коэффициент усиления термопарного датчика подстраивались в два этапа: сначала подстроили нуль до 1,28 Вольт при термостатированном горячем спае в ванне со льдом, а затем коэффициент усиления термопары таким образом, чтобы при нагретом горячем спае до +183 градусов на входе АЦП было 2,5 вольт. При этом пришлось добавить 320 Ом к резистору R8 и 810 Ом к резистору R4 на схеме №4. После чего были сняты новые реперы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.