Измерение, средства измерений. Выбор и обоснование функциональной схемы. Разработка и расчет узлов аналоговой части принципиальной схемы

учетом минимизации входных токов  DA2 выбираем R6=R9=11 кОм. Тогда с учетом того, что n=1.1:

Для получения хорошего коэффициента ослабления синфазного сигнала и высокого выходного сопротивления требуется очень точное согласование отношений резисторов.

В качестве ОУ (DA2 и DA3), на которых можно построить источник тока, выбираем операционный усилитель К140УД17А  из справочника. Максимальный выходной ток этого ОУ не более 6 мА, что вполне достаточно для получения выходного тока 5 мА.

3.4  Расчет фильтра низких частот.

Т. к. на датчики воздействует помеха (амплитудой 25 мВ и частотой 50 Гц), то для уменьшения погрешности устройства ее необходимо отфильтровать. Для этого воспользуемся пассивными ФНЧ (RC-цепочками), расчет которых приведен ниже.

Рис.3.4. ФНЧ.

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

Выберем R7=R8=1 МОм. Тогда С1=С2=1/(R8*Wc)=1/(1к*0,314)=3,18 мФ.

С1=С2=3.3 мФ.

3.5  Расчет и выбор схемы измерительного усилителя.

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

Каскад, выполненный на DA5 и DA6, усиливает дифференциальный сигнал (Uвх1-Uвх2) в (1+(R16+R17)/(R14+R15)) раз.

Каскад, выполненный на DA7, усиливает дифференциальный сигнал в R20/R18 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. Диапазон изменения сопротивления ТПС при изменении температуры от 0°С до 500°С равен Rt(0°C)=100 Ом и Rt(500°C)=280.9775 Ом. Т. е. изменение сопротивления ТПС без постоянной состваляющей Ro=R(0°C)=100 Ом составит  280.9775-100=180.9775 Ом. Учитывая, что ток источника тока, протекающий по ТПС Iит=5 мА, а напряжение с выхода измерительного усилителя должно равняться 0.977 В (расчет этой величины произведен в пункте «Выбор и расчёт аналого-цифрового преобразователя»), составляем уравнение:

Uвх(ацп)=Ku*ΔRтпс*Iит.

Тогда

DA7 не входит в насыщение т. к.  0,977 В << 12 В.

В качестве операционных усилителей выберем прецизионный операционный усилитель прямого усиления К140УД17А ( DA5, DA6, DA7).

Коэффициент усиления каскада на DA7 сделаем равным n=1, т. к. необходимую величину выходного напряжения реализовали на DA5 и DA6.

Выбираем  R18=R19=R20=R21=10кОм.

Тогда

     Примем R16=R17=750 Ом. Тогда

Выбираем R14=16 кОм, а R15=2.821 кОм типа  С5 - 16В5 - 3 кОм ±5% с ТКС=±50×10^-6  1/°С.

С помощью подстроечного резистора R15 можно регулировать коэффициент усиления измерительного устройства, т.е. размах выходного напряжения.

Резистором R22 можно компенсировать погрешность от входных токов  и напряжений смещения операционных усилителей.

Рис.3.5. Измерительный усилитель и схема вычитания постоянной составляющей.

3.6  Выбор и расчет схемы вычитания постоянной составляющей ТПС.

Т. к. на всем диапазоне измеряемых температур (0°С-500°С) ТПС имеет сопротивление, не менее 100 Ом, то есть смысл избавиться от этой постоянной составляющей (по соображениям нормировки выходного сигнала).

Схема вычитания постоянной составляющей ТПС, изображенная на рис.3.5, состоит из R5, R10, R12, R13, DA4.

Номинал R5 равен 100 Ом и его функция заключается в формировании напряжения, равного падению напряжения на ТПС (R4) при проходящем через него токе 5 мА  и при температуре 0°С.

R10, R12, R13, DA4 – это инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления –(R12+R13)/R10, который должен равняться Ku измерительного усилителя, т. к. напряжение смещения проходит на выход измерительного усилителя без усиления. Поэтому для правильного вычитания постоянной составляющей ТПС это напряжение необходимо усилить на такое же Ku.

Следовательно, (R12+R13)/R10=Ku=1.0797. Выбираем

R10     C2 – 14 – 0.125 A    10  кОм   ± 0.1 %      ТКС  25 × 10 ^{– 6}

R12     C2 – 14 – 0.125 A    10  кОм   ± 0.1 %      ТКС  25 × 10 ^{– 6}

R13     С5 - 16В5 – 1.5 кОм ±5%                          ТКС=±50×10^-6 

3.7  Выбор и расчёт аналого-цифрового преобразователя.

В данной курсовой работе в качестве аналого-цифрового преобразователя