Многоканальная МП система регулирования температуры (стр. 5 из 8)

В.

Относительная погрешность квантования:

%.

Шаг квантования АЦП по температуре:

ºС.

Относительная погрешность квантования при 60 ºС:

%

2. Второй способ (рис.5.).

Рис.5. Схема измерительного канала с компенсацией в сумматоре

Этот способ отличается от первого тем, что здесь коррекцию производит не микропроцессор, а дополнительно введенный в схему сумматор, который автоматически суммирует (вычитает) напряжения термопары и терморезистора.

Достоинства:

· Микропроцессор менее загружен;

· Можно использовать 8-канальный коммутатор для восьми каналов измерения.

Недостатки:

· Дополнительный узел – сумматор;

· Сумматор вносит дополнительную погрешность в канал измерения.

Рассчитаем сумматор.

При

= 100 ºС и = 0 ºС:

Коэффициент усиления ОУ:

Тогда напряжение на входе сумматора

равно 1,5 В.

Пусть

=10 ºС.

Тогда

В;

В;

В.

Следовательно,

В.

При повышении температуры свободных концов

на каждые 10 ºС напряжение повышается на 0,15 В.

Сопротивление терморезистора при 10 ºС:

Ом;

Тогда сопротивление R в схеме операционного усилителя равно:

Ом.

Резистор R будет составным: 1000, 560, 56 и18 Ом.

Мощность рассеивания резистора R:

Вт ≈ 0

Достаточно выбрать резистор мощностью 0,125 Вт.

Для компенсации температуры свободных концов термопары выбираем второй способ с сумматором. Общая схема соединения показана на рис. 6.

В качестве сумматора выбираем операционный усилитель К140УД7.

Рис.6. Схема соединения датчиков температуры одного канала

2.2 Выбор и расчет усилителя

Операционные усилители (ОУ) – это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов, и выполняющие различные операции над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

В проектируемом аппарате термоЭДС с выхода термопары должна быть усилена с помощью усилителя до максимального входного напряжения АЦП. По рабочему заданию измеряемая температура объекта (технологического процесса) находится в пределах 90…170 ºС, погрешность измерения ±2 ºС. Рассчитаем коэффициент усиления в схеме измерения температуры с запасом до 200 ºС.

Будем усиливать сигнал с термопары операционным усилителем.

На входе АЦП максимальное значение напряжения должно быть равно 3В. Рассчитаем коэффициент усиления по формуле:

,

где

- напряжение на выходе ОУ и на входе АЦП, В; - измеряемая температура, ºС; - коэффициент термопары, В/ ºС; - коэффициент усиления ОУ.

Максимальное напряжение на входе АЦП устанавливается, когда измеряемая температура равна 200 ºС. При максимальной температуре

, коэффициент усиления ОУ равен:

Выбираем схему неинвертирующего усилителя (рис.7.):

Рис.7. Схема неинвертирующего операционного усилителя

Здесь

; должен находиться в пределах от единицы кОм до сотен кОм. При больших сопротивлениях начинают сказываться токи утечки ОУ, при малых – возможны броски тока, что снижает надежность.

Выберем значение

равным 500 Ом, тогда

Ом.

Максимальное напряжение на входе ОУ не более 3В.

Мощность резистора

:

Вт ≈ 0

Выходное напряжение

не может превышать ± 3 В. Напряжение на резисторе не может превышать

В.

Мощность резистора

:

Вт ≈ 0

Достаточно выбрать резисторы мощностью 0,125Вт.

Выбираем прецизионные резисторы марки С2 – 33. Сопротивление

делаем составным: 150 кОм; 22 кОм и 12 кОм.

По справочнику [3] выбираем операционный усилитель К140УД7.

Характеристики ОУ:

· Напряжение смещения нуля

= 4 мВ;

· Дрейф напряжения смещения

= 6 мкВ/ ºС;

· Средний входной ток

= 200 нА;

· Коэффициент ослабления синфазного сигнала

= 70 дБ;

· Максимальный выходной ток

= 20 мА;

· Максимальное выходное напряжение

= 11,5 В;

· Напряжение питания

= ±15 В;

· Наличие внутренней коррекции;

· Наличие защиты выхода в режиме короткого замыкания.

2.3 Выбор коммутатора, его характеристики

Коммутатором называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке аналоговой информации, поступающей по нескольким информационным входам на один выход. Они представляют собой набор аналоговых ключей с внутренними цифровыми схемами управления.

Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n=2^m, то такой мультиплексор называют полным. Если n<2^m, то мультиплексор называют неполным.

Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, т.е. могут блокировать действие всего устройства.

Так как из расчетов схем работы измерительного канала (см. п. 2.1) мы выбрали схему с сумматором, то из справочника [3] выбираем коммутатор К590КН6.

Основные характеристики коммутатора К590КН6:

· Число каналов 8;

· Напряжение питания

= ±15 В;

· Коммутируемое напряжение

= ±15 В;

· Коммутируемый ток

= 20 мА;

· Сопротивление открытого канала

= 300 Ом;

· Время включения

= 0,3 мкс;