- PDF Stažení zdarma

Transkript

1 Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umis ováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BE technická literatura redakce@ben.cz

2 6.6 Tøívodièové pøipojení odporového teplomìru Pro buzení senzorù založených na zmìnì odporu vlivem mìøené velièiny jsou èasto užívány zdroje proudu. Jeli ovšem místo mìøení a vyhodnocení vzdáleno, úbytky napìtí na pøívodech mohou zpùsobit chyby, které již nelze tolerovat. Obvyklým øešením je použití ètyøvodièového pøipojení, kdy je dvìma vodièi pøivádìn napájecí proud a dalšími dvìma je snímán napì ový úbytek na pøímo odporovém senzoru R(T). Jeli tento úbytek zpracován obvodem s vysokým vstupním odporem, ke zmínìné chybì nedojde. epøíjemné na tom však je, že pøidaná vedení nejsou zadarmo. Stejného efektu, ale s použitím jen tøí vodièù, lze docílit využitím zapojení z obr Klíèovou roli v nìm hraje IO (REF2), obsahující dva nezávislé proudové zdroje µa (A, B) a proudové zrcadlo (). V tomto pøípadì jsou zdroje zapojeny paralelnì pro vytvoøení proudu 2 µa pro buzení platinového teplomìru W. Pro kompenzaci úbytku na pøívodním vodièi pøipojeném k neinvertujícímu vstupu pøístrojového (mìøicího) zesilovaèe PZ je zrcadlem vytvoøen kompenzaèní proud stejné velikosti procházející druhým pøívodem. Úbytky napìtí na vedeních mají ve vstupní smyèce opaèný smìr, a proto se vyruší. Rezistorem R OFFSET se nastaví pøi zvolené vztažné teplotì nulové výstupní napìtí a na výstupu pak bude napìtí úmìrné zesílení pøístrojového zesilovaèe G, napájecímu proudu 2 µa a zmìnì odporu senzoru DR(T) vùèi hodnotì pøi vztažné teplotì. Zdroj informací: Lit RTD excitation using current reference. BurrBrown IC Applications Handbook 4, str. 3. Lit Sdìlovací technika è. 2, str. 4. VWtQ Qt 2))6(, 3 V + +,,2 () % / / &2 2 *D ± V Obr Tøívodièové pøipojení proudovì napájeného odporového teplomìru JA HULHAS: ZAJÍAVÁ ZAPOJEÍ 3 A

3 6. Pøevodník signálu pro platinový odporový teplomìr Díky výhodným chemickým vlastnostem, dlouhodobé èasové stabilitì a vysoké teplotì tání jsou platinové odporové teplomìry jedním z nejpopulárnìjších senzorù teploty v rozsahu sahajícím od 2 do + C. Protože však mìronosnou velièinou je odpor senzoru, je tøeba tuto, pro další zpracování nepraktickou velièinu, pøevést na elektrické napìtí èi proud v nìkterém unifikovaném rozsahu, napø. až V pro potøebný rozsah mìøené teploty. Pøi tomto pøevodu se vìtšinou øeší i nelinearita závislosti odpor/teplota. Tak je tomu i v zapojení na obr Platinový W senzor (Pt) R Pt je napájen konstantním proudem asi 3 ma z napìtím øízeného zdroje proudu tvoøeného operaèním zesilovaèem OZ A a pøístrojovým diferenciálním zesilovaèem OZ 2. Hodnota proudu je urèena 2,V napì ovou referencí LT a odporem snímacího rezistoru R S. Vzhledem k napájení stálým proudem, je napìtí na senzoru úmìrné teplotì s odchylkou od linearity, která v rozsahu popisovaného pøevodníku až 4 C èiní nìkolik stupòù Celsia. apìtí na senzoru je odeèteno od vztažné hodnoty získané z dìlièe napájeného rovnìž z referenèního zdroje a obsahujícího trimr R, umožòující nastavení nulového výstupního napìtí pøevodníku pøi teplotì C. Rozdíl obou napìtí úmìrný teplotì zesiluje diferenciální zesilovaè OZ 3, na který navazuje výstupní neinvertující zesilovaè OZ B umožòující pomocí trimru R Z 2 kw ve zpìtné vazbì nastavení požadovaného rozsahu výstupního napìtí až V pro rozsah teploty až 4 C. Pokud by zùstalo jen pøi pouhém zesílení, byla by v tomto rozsahu vlivem nelinearity senzoru, jak již bylo zmínìno, chyba nìkolik stupòù Celsia. Trimr R L na výstupu OZ 3 slouží k odebrání èásti výstupního napìtí právì pro úèely linearizace, kompenzující konkávní charakter závislosti odporu senzoru na teplotì pøivedením jeho èásti na øídicí vstup proudového zdroje tak, aby došlo ke zvyšování proudu senzorem pøi rostoucí teplotì. Tento zásah umožní kompenzovat chybu nelinearity senzoru až na ±, C. Pøi kalibraci obvodu je vhodné nahradit senzor pøesnou dekádou. ejprve se na ní nastaví odpor W odpovídající teplotì C a trimrem ULA se nastaví nulové výstupní napìtí. Poté se dekáda pøestaví na 3, W odpovídajících 4 C a trimrem ZESÍLEÍ se nastaví výstupní napìtí 3, V. Tøetím krokem je nastavení odporu 24,4 W» 4 C pøi kterém se trimrem LIEARITA nastaví výstup V. Tyto kroky je tøeba opakovat nìkolikrát, až je dosaženo shody ve všech tøech bodech. Pokud použitý senzor má odpor lišící se ponìkud od R W, opravíme úmìrnì i další nastavovací hodnoty. Tvar køivky teplotní závislosti daný èistotou materiálu je prakticky stálý. Zatímco zapojení na obr. 6.. øeší problémy mìøení teploty platinovým odporovým senzorem výluènì analogovou technikou, obvod, jehož schéma je na obr se s problémem nelinearity senzoru i mùstkového zapojení vypoøádává digitálnì pomocí mikropoèítaèe. ùstek se senzorem je tentokráte napájen konstantním napìtím V získaným z pøesného referenèního zdroje LT2 s malým teplotním driftem 2. 6 / C. Diferenciální výstup mùstku je dále zpracován pøístrojovým zesilovaèem OZ LT se zesílením a neinvertujícím zesilovaèem OZ 2 LT6, které jsou oba vhodné pro práci s jediným napájecím napìtím. Trimrem ULA se vynuluje výstupní napìtí vyvážením mùstku pøi náhradì senzoru tentokráte Pt, rezistorem W dekády, trimrem AST. se nastaví výstup OZ 2 A JA HULHAS: ZAJÍAVÁ ZAPOJEÍ 3

4 napø. na 4 V pøi náhradì odporem 24,4 W (4 C). Takto nastavený výstup pøichází na vstup 2bitového sériového A/D pøevodníku LT2, jehož výstup je, jak je již jen symbolicky naznaèeno, spojen s mikropoèítaèem, kterým je zajištìna i korekce nelinearity. Program sestavený pro mikropoèítaè 6HC byl uveden v Lit Zdroj informací: Lit. 6.. Williams, J.: Signal Conditioning for Platinum Temperature Transducers. Design otes 4. Linear Technology, bøezen. Lit Williams, J: Bridge Circuits arrying Gain and Balance. Aplication ote 43, Linear Technology. Lit Prùmysové platinové odporové senzory teploty. ÈS IEC (2 34). Lit Sdìlovací technika è., str. 2. Q QXOD 6 Då ƒ& Dåƒ& ƒ& YêVWXS 3W % / OLQHDULWD ]HVtOHQt Obr. 6.. Pøevodník pro platinový mìøicí odpor Pt s analogovou linearizací QXOD VpULRYêYêVWXS () & +& Obr W Pøevodník pro mìøicí odpor Pt s A/D pøevodníkem & QDVW ƒ& 2 JA HULHAS: ZAJÍAVÁ ZAPOJEÍ 3 A

5 A JA HULHAS: ZAJÍAVÁ ZAPOJEÍ Jednoduchý pøevodník pro platinový mìøicí odpor Pt V uvedeném zapojení na obr. 6.. je platinová teplotní mìrka Pt napájena konstantním proudem. Výhodou zapojení proti obvyklému zpùsobu s Wheatstoneovým mùstkem napájeným proudovì podle obr tkví v tom, že ke zpracování není nutný rozdílový zesilovaè, na jehož vstupech jsou v tomto pøípadì velká stejnosmìrná souhlasná napìtí, což vede k chybám. Problém v tomto pøípadì jsou i s tolerancí užitých souèástek. Zapojení na obr. 6.. tímto problémem netrpí, pøestože mìøicí odpor není pøipojen na skuteènou zem, ale na virtuální invertující vstup OZ 2. Funkce zdroje proudu je zajištìna, pokud je proud malý ( 2 ma), což je nutné i kvùli ohøevu mìrky k protékajícím proudem. Teplotní závislost výstupního napìtí vzniká v dùsledku zapojení Pt ve zpìtné vazbì OZ 2. Pro uvedený zpùsob platí následující vztahy: U U R. I () jeli konstantní U, je takový i I a platí: (2) a (3) Dosazením z () a (2) do (3) získáme ² ² Õ ± ª ª ½» (4) Pøi zanedbání nelinearity platí pro R T R T R + k. (T T ), () kde R W a K,3 W/ C a po dosazení do (4) + Prvý èlen urèuje závislost výstupu na teplotì, z druhého vyplývá, že jeho velikost lze pro zvolenou poèáteèní teplotu volit pomocí R. apìtí U a tedy i proud I je vhodné volit do ma, aby ohøev èidla protékajícím proudem byl zanedbatelný. Velikost pomìru

6 urèuje požadovaný rozsah teplot. Pro hodnoty uvedené v obr. 6.. je výstupní napìtí ve [V] pro teplotu ve [ C] dáno pøi napìtí U [V] vztahem: U A,3. U. T () Pøi nastavování se mìøicí odpor nahradí pøesným odporem W, který odpovídá teplotì C a pomocí R nastavíme nulové výstupní napìtí. Dále nastavíme U tak, aby pøi dosažení známé teploty mìøeného prostøedí bylo na výstupu napìtí žádané úrovnì. Hodnotu R 3 volíme rovnou hodnotì odporu paralelnì spojených R, R 2, R pro zmenšení chyby v dùsledku klidových vstupních proudù OZ 2. Zdroj informací: Lit. 6.. Jilg, H. P. Schöner, H. P.: Einfache Temperaturmessung mit Pt, Elektronik 6 è., str., Lit Sdìlovací technika è., str. 3. && VWDELOL]iWRU QDS Wt 3,, Obr. 6.. Jednoduché zapojení pro mìøení teploty s Pt && %, Obr Bìžné zapojení mùstku napájeného konstantním proudem 22 JA HULHAS: ZAJÍAVÁ ZAPOJEÍ 3 A