заданный температурный диапазон на опорном спае совпадает с температурным диапазоном ИП, задаем на опорном спае выражение для определения термоЭДС при текущей температуре анализа TEMP:
1E-6*(TEMP^0*0+TEMP^1*5.40313308631E0+TEMP^2*1.2593428974E-2+TEMP^3*(-2.32477968689E-5)+TEMP^4*3.22028823036E-8+TEMP^5*(-3.31465196389E-11)+TEMP^6*2.55744251786E-14+ TEMP^7*(-1.25068871393E-17)+ TEMP^8*2.71443176145E-21)
Задавая при проведении Transient-анализа в меню Limits температуру сначала 10 град С, а затем 40 град С, определяем, что на выводах опорного спая может возникать термоЭДС величиной от 0.05526 до 0,2349 мВ.
Рис.7
Рис.8
5.Схема электрическая принципиальнаяизмерительного преобразователя.
5.1Расчёт входного усилителя.
В рассматриваемом примере применим и рассчитаем дифференциальный измерительный усилитель на инструментальном ОУ LT1167. Параметры ОУ LT1167 (DA1)следующие: +-Uп=(2.3 ...18)В, k=1 ...10000 (задается внешним резистором),+-Uвых max=13.8В(при Uп=+-15В), Uсм=15мкВ, Iвх=350пА, dIвх=550пА, ТКUсм max=0.3мкВ/град С, ТКdIвх=0.3пА/град С,Uвх max=(-13.1 ...+13.8)В (при Uп=+-15В), КОСС=90дБ (min),Iвых max=27мА f1=1МГц (при k=1), VUвых=1.2В/мкс.
С точки зрения использования в схеме дифференциального измерительного усилителя ОУ LT1167 обладает достаточно высоким КОСС (90 дБ), малыми Uсм, dIвх и малым их температурным дрейфом.
Рассчетный коэффициент усиления ВУ составляет:
Kву=1+(49400/R1)
Для проверки коэффициента усиления входного усилителя задаем нулевую температуру на опорном спае E2, т.е. задаем при анализе нулевую температуру TEMP.
Полезный сигнал на входе ВУ, зависящий от температуры, находится в пределах:
|
|
|
|
Диапазон изменения полезного сигнала на входе ИП:
dE=E(1500)-E(1100) dE=3.6311*10-3
При помощи Transient-анализа определим фактическую величину полезного сигнала на входе ИП:
Рис.9
E(1200)=(0.082628-0.058726)/2 E(1200)=0.011951 В
Соответственно проводим анализ для рабочего спая при температуре 1500 гр С.
E(1500)=(0.086234-0.055071)/2 E(1500)=0.015582 В
Зададимся размахом полезного сигнала на выходе ВУ, равным 0.5В. Тогда необходимый коэффициент усиления ВУ составит:
Kvu=0.5/dE Kvu=137.6986
Рассчитываем R1:
R1=49.4*103/(Kvu-1) R1=361.379 Ом
R1=361 Om тип: С5-54В,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:+-10E-6 [1/град С] при tC=(-60...+70)град С
С учетом выбранного номинала R1 коэффициент усиления ВУ составит:
Kvur=(1+49.4*103/R1) Kvur=137.84
С учетом выбранных номиналов полезный сигнал на выходе ВУ при 1200 и при 1500 град С будет равен:
Uvumin=E(1200)*Kvu Uvumin=1.6473 В
Uvumax=E(1500)*Kvu Uvumax=2.1478 В
Расчетный диапазон изменения полезного сигнала на выходе ВУ составит:
dUvu= Uvumax- Uvumin dUvu=0.5005 В
Дифференциальная помеха будет усилена с этим же коэффициентом усиления Kву_r, и ее амплитудное значение составит:
Uvupom=0.05*√2*Kvur Uvupom=9.7469 В
Определим при помощи моделирования фактический диапазон изменения полезного сигнала, т.е. разность постоянных составляющих сигнала на выходе ВУ при температурах рабочего спая, равных 1200 град С и 1500 град С. Transient- анализ в MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С дает следующие результаты:
Uvu(1200)=(11.377193-8.083516)/2 Uvu(1200)=1.646839 В
Uvu(1500)=(11.890152-7.595703)2 Uvu(1500)=2.147225 В
dUvua= Uvu(1500)- Uvu(1200) dUvua=0.500386 В
5.2. Расчет схемы термокомпенсации опорного спая
Определим значения термоЭДС опорного спая для крайних точек заданного температурного диапазона опорного спая:
tComin=10 гр С tComax=40 гр С - диапазон температур опорного спая
E(tComin)= 5.5268*10-5 В E(tComax)=2.3487*10-4 В
dE=1.796*10-4 В - ширина диапазона термо-ЭДС опорного спая
Максимальная относительная погрешность ИП по входу, которая может возникнуть в отсутствие термокомпенсации опорного спая, составит:
Dinmax= (E(tComax)/ E(1200))*100 Dinmax=1.97%
Можно сделать вывод о том, что для заданных типа ТЭП и диапазона температур рабочего и опорного спаев необходима схема термпокомпенсации опорного спая.
В качестве датчика температуры опорного спая используется термистор C620_2200. Термистор характеризуется высокой чувствительностью и имеет экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры, с эквивалентным отрицательным ТКС.
Для заданного диапазона температур построим график зависимости сопротивления термистора C620_2200 от температуры по табличной зависимости 1304 (Rt_t) и по результатам анализа (Rt_a) в Micro-CAP.
R25=2200 Om - сопротивление термистора при температуре 25 град С
Рис.9
Определим отклонение сопротивления (%), определяемого из табличных данных от сопротивления, определяемого из экспериментальных данных:
dRti=
|
3.4231 |
|
2.7387 |
|
2.2534 |
|
1.8707 |
|
1.7587 |
|
1.4982 |
|
1.2999 |
Видно, что отклонение табличных данных от экспериментальных не
превышает 3.5%. Далее будем работать с экспериментальными данными.
Аппроксимируем дискретную температурную зависимость сопротивления Rt_a
полиномиальной функцией 3-й степени на заданном интервале температур опорного
спая. Аналитическую зависимость будем искать в виде:
Rt(tCo,A,B,C,D)=A* tCo3+B* tCo2+C* tCo+D;(*)
В данном выражении A имеет размерность Ом/(град^3), B - Ом/(град^2
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
