Міністерство освіти і науки
Російської федерації
Федеральне державне автономне освітня установа вищої професійної освіти
Південний федеральний університет м. Таганрог
Факультет РАДІОТЕХНІЧНИЙ
Кафедра МІКРОПРОЦЕСОРНИХ СИСТЕМ
ДОПОВІДЬ
за курсом
В«Фізичні та алгоритмічні основи побудови інтелектуальних датчиківВ»
на тему: В«Первинні перетворювачіВ»
Розробив
Студент групи МГР-12 Д. С. Убірайло
Перевірив
к. т.з.., доц. Є.В. Удод
Таганрог 2013
1. Термопара
Температурний датчик на основі термопари утворюється зварним з'єднанням (спаєм) двох різних металів. Томас Зеєбек в 1821 році виявив термоелектричний ефект, названий на його честь ефектом Зеєбека (Ефект Зеєбека звернемо: пропустивши струм по цінуй з різнорідних матеріалів інший учений на прізвище Пултье помітив, що один з спаїв нагрівається, а інший охолоджується (ефект Пельтьє). На цьому принципі працюють охолоджувачі для комп'ютерів, автомобільні холодильники і т.д), коли в місці між В«гарячимВ» і В«холоднимВ» спаєм металів з різними температурами виникає термо-ЕРС з невеликою різницею потенціалів (порядку декількох мВ), яку можна виміряти милливольтметром. Величина порушуваного напруги залежить від того, які метали з'єднані. Для утворення термопар існує три найбільш поширених комбінації металів: залізо-константан (тип J), мідь-константан (тип Т) і хром-алюміній (тип К). Напруга, утворене термопарою, має дуже малу величину, зазвичай кілька мілівольт. Напруга термопари типу К змінюється всього на 40 мкв на градус Цельсія. Такі малі зміни напруг термопари вимагають прецизійних вимірювань: для забезпечення точності вимірювання температури 0.1 В° С потрібно точність вимірювання напруги порядку 4 мкв. З іншого боку, оскільки будь-які два різних металу утворюють термопару при з'єднанні, то точка з'єднання термопари з вимірювальною системою також матиме властивості термопари в місці їх з'єднання через різницю температур, вимірюваної термопари і температури навколишнього середовища. Місце з'єднання (колодка) починає нагріватися і утворює паразитну термопару з матеріалу колодки і мідних провідників, приєднаних до неї. Під мідними провідниками маються на увазі не тільки мідні дроти, а й мідні доріжки друкованої плати. p align="justify"> Даний ефект може бути зведений до мінімуму розміщенням сполук в так званому ізотермічному блоці, виконаному з теплопровідного матеріалу (Малюнок 1). Матеріал з високою теплопровідністю знижує різницю температур між точками з'єднання, зменшуючи тим самим помилку, що вводиться місцем з'єднання провідників. Поширений спосіб компенсації температурної залежності ізотермічного блоку - це розміщення в блоці напівпровідникового діода і вимір на ньому падіння напруги. p align="justify"> Для посилення вкрай малого сигналу термопари в десяті частки вольт необхідний операційний підсилювач, і зазвичай використовується інструментальний підсилювач в диференціальному включенні. Коефіцієнт посилення такого типу ОУ знаходиться в діапазоні 100 ... 300, і будь-який шум, що впливає на термопару, буде посилено у стільки ж разів. Таке включення інструментальних підсилювачів значно знижують синфазні перешкоди дротів термопари і підсилює тільки сигнали термопари. Правда, повністю знизити в реальних умовах синфазні перешкоди не вдається і синфазна перешкода В«просочуєтьсяВ» на вихід підсилювача, який послаблює перешкоду з певним коефіцієнтом ослаблення синфазних перешкод (КОСС). КОСС визначають в дБ. Інструментальні підсилювачі по відношенню до інших типів ОУ мають підвищений КОСС. p align="justify"> Фірма Analog Devices випускає спеціалізовані підсилювачі сигналу термопари типу J, такі як AD594/595. ІС AD594/595 не використовує зовнішній /?-Л-перехід для компенсації ізотермічного з'єднання, замість цього, в самій мікросхемі передбачено біметалічне з'єднання, яке компенсує температурну залежність з'єднання термопари з підсилювачем. ІС проводить вимірювання в температурному діапазоні 0 ... 300 В° С. Для найкращої компенсації з'єднання проводів термопари з входом підсилювача має бути виконано на платі якнайближче до висновків мікросхеми. p align="justify"> Посилений сигнал термопари, як і терморезистора, необхідно масштабувати, щоб відповідати вхідному діапазону АЦП. Термопари щодо лінійни в обмеженому діапазоні температур, однак якщо діапазон вимірювань досить широкий, для компенсації нел...
