Разработка измерительного преобразователя для термопреобразователя сопротивления (тип используемого преобразователя - на основе материала Cu), страница 3

Т. к. максимальный выходной ток этого ОУ не более 6 мА, то для получения выходного тока в 10 мА необходимо поставить транзистор VT1. В качестве его выберем транзистор КТ315В со следующими параметрами: Iкmax=100 мА, Uкэmax=40 В, Pкmax=150 мВт, h21э=20..90.

Для обеспечения обратной связи поставим резистор R6=10 кОм.

7.3 Расчет и выбор схемы фильтра низких частот.

Сопоставим полезный сигнал с помехами, приходящими  на измерительный усилитель.

 

 

Как видно из этих выражений, помеха соизмерима с полезным сигналом. Поэтому необходимо помехи отфильтровать, для чего воспользуемся пассивными RC-фильтрами.

Подавим помеху в 1000 раз, т. е. на 60 дБ. Это значит, что на частоте помехи 50 Гц коэффициент усиления фильтра должен равняться –60 дБ. Как известно, АЧХ таких фильтров имеет наклон –20 дБ/дек. Следовательно, частота среза должна быть равна

Зададимся R8=R9=1 кОм. Тогда С1=С2=1/(R8*Wc)=1/(1к*0,314)=3,18 мФ.

Выберем С1=С2=3.3 мФ типа К50-22-25 В-3300.

7.4 Расчет и выбор схемы измерительного усилителя.

Схема измерительного усилителя (входного усилителя), представленная на рис.9, применяется в устройствах преобразования потенциалов от заземленных и незаземленных нагрузок. Данная схема обладает большим входным сопротивлением и состоит из трех каскадов.

Первый каскад, выполненный на DA4, усиливает U`вх2 в два раза. Для этого резисторы R10 и R11  должны быть равны между собой:

R10=R11=10 кОм.

Второй каскад, выполненный на DA5 и DA6, усиливает дифференциальный сигнал (Uвх1-Uвх2) в (1+(R14+R15)/(R12+R13)) раз.

Рис.9. Измерительный усилитель.

Третий каскад, выполненный на DA7, усиливает дифференциальный сигнал в R18/R16 раз. Такая схема имеет большое усиление и лучший коэффициент ослабления синфазного сигнала в сравнении с аналогичными схемами. Дифференциальный коэффициент усиления будет равен:

        Рассчитаем необходимый Кu с учетом ограничений, налагаемых помехами. Пусть выходное напряжение при –50°С и 150°С соответственно равно Uвых(-50°C) и Uвых(150°C), а сопротивление термопреобразователя при  -50°С и 150°С соответственно -  Rt(-50°C)=7.86 Ом и Rt(150°C)=16.42 Ом. Учитывая, что ток источника тока, протекающий по термопреобразователю Iит=10мА, составляем систему уравнений:

Uвых(-50°C)=Ku*Rt(-50°C)*Iит

Uвых(150°C)=Ku*Rt(150°C)*Iит

Примем, что Uвых(150°C)=5В+Uвых(-50°C). Тогда получим

Проверим, не входит ли DA7 в насыщение, с учетом того, что помехи подавлены до пренебрежимо малой величины:

Uda7=Iит*Rtmax*Ku=0.01*16.42*58.411=9.59 (В).

В качестве операционных усилителей выберем прецизионные операционные усилители прямого усиления типа К140УД17А (DA4, DA5, DA6, DA7).

Пусть коэффициент усиления третьего каскада n=10. 

Выбираем  R16=R17=1 кОм; R19=n*R17; R18=n*R16;

R18=R19=10*1кОм =10кОм.

Тогда

     Примем R14=R15=10 кОм. Тогда

Выбираем R12=3,9 кОм, а R13=232 кОм типа  СП5 – 0,125 – 300 Ом ±5% с ТКС=±50×10^-6  1/°С.

С помощью подстроечного резистора R13 можно регулировать коэффициент усиления измерительного устройства, т.е. размах выходного напряжения.

Помехи, как и полезный сигнал, также усиляться измерительным усилителем, но их величина останется несоизмеримой с величиной полезного сигнала. Поэтому ставить ФНЧ после измерительного усилителя нет необходимости.

7.5 Выходной преобразователь.

Так как выходной сигнал должен быть в диапазоне от -10 мА до 10 мА, то воспользуемся преобразователем напряжение-ток, изображенным на рис. 10.