A hőelem érzékelő hőmérséklet -mérő rendszerének megtervezéséről és alkalmazásáról

Tipikus hőmérsékleti mérési elemként a hőelem -érzékelőt széles körben használják.
Az alábbiakban egy tipikus hőmérsékleti mérési rendszert mutatunk be, amelyet egyetlen chip -mikrokomputer vezérel, amely három részből áll: (1) mérési erősítő áramkör; (2) A/D konverziós áramkör; (3) Kijelző áramkör. Széles körben használják a hőmérséklet -mérési és hőmérsékleti szabályozó rendszerekben az erőművekben és a kémiai növényekben.
1. Hardver kialakítása
(1) hőelem hőmérséklet -érzékelő
Ez a rendszer nikkel-chromium-nickel-szilikon hőelemeket használ. A mért hőmérsékleti tartomány 0-655 fok. A hideg végű kompenzáció elfogadja a kompenzációs híd módszerét. A kiegyensúlyozatlan híd által generált potenciált felhasználják a hőelempotenciál változásainak kompenzálására, amelyet a hőelem hideg véghőmérsékletének változása okoz. A kiegyensúlyozatlan híd négy R1, R2, R3 ellenállási hídkarból (mangán rézhuzal -tekercs), RCU (rézhuzal -tekercsek) és egy hídfeszültség -szabályozóból áll, amelyek sorozatban vannak csatlakoztatva a hőelem körében. Az RCU és a hőelem hideg vége ± 0 fokon van, és r 1= r 2= r 3=1 ω. A híd tápegységének feszültsége 4 V, feszültség-stabilizált tápellátással. Az RS egy áramkorlátozó ellenállás, és ellenállási értéke eltérő hőelemektől függ. A híd általában 20 fokon kiegyensúlyozott. Ebben az időben a híd négy hídkar -ellenállása r 1= r 2= r 3= rcu, és az a és b végein nincs kimenet. Amikor a hideg véghőmérséklet például 20 fokról eltér, amikor felemelkedik, az RCU növekszik, míg a hőelem hőelempotenciája csökken a hideg véghőmérséklet növekedésével. A UAB megegyezik a hőelektromos potenciál csökkenésével, és a kimeneti potenciál változatlan marad, miután az UAB a hőelektromos potenciálra helyezkedik el, ezáltal elérve a hideg végkompenzáció automatikus befejezését.
(2) Mérési erősítő áramkör
A tényleges áramkörökben a hőelem jelkimenete nem több, mint néhány tíz millivolt (<30mV), and contains common-mode interference such as power frequency, static electricity and magnetic coupling. To amplify this kind of circuit, the amplifier circuit needs to have a high common-mode rejection ratio, high gain, low noise and high input impedance. Therefore, a measurement amplifier circuit is suitable. The measurement amplifier is also called a data amplifier, instrument amplifier and bridge amplifier. It has a high input impedance and is easy to match with various signal sources. Its input offset voltage, input offset current and input bias current are small, and the temperature drift is small. Due to the small time temperature drift, the measurement amplifier has good stability. The measurement amplifier is composed of three op amps, and the differential input terminals R1 and R2 are connected to the in-phase terminals of A1 and A2 respectively. The input impedance is very high, a symmetrical circuit structure is used, and the measured signal is directly added to the input terminal, thereby ensuring a strong ability to suppress common-mode signals. A3 is actually a differential follower, and its gain is approximately 1. The gain of the measuring amplifier is: AV=V0/(V2-V1), AV=Rf/R(1+(Rf1+Rf2)/RW). In this circuit, as long as the performance of op amps A1 and A2 is symmetrical (mainly referring to input impedance and voltage gain), their drift will be greatly reduced. They have high input impedance and common mode rejection ratio, are very sensitive to tiny differential mode voltage, and are suitable for measuring signals transmitted over long distances. Therefore, they are very easy to use with sensors with tiny outputs. RW is an external resistor used to adjust the gain, and a multi-turn potentiometer is used here.
A tényleges áramkörben az A1 és A2 alacsony sodródási, nagy pontosságú OP Amp OP -07 chipeket használnak, amelyek bemeneti eltolódási feszültségének hőmérsékleti sodródása Vios és a bemeneti eltolás áramlásának IIO-ja nagyon kicsi. Az OP -07 ultra-magas technológiát és a "Zener finomhangoló" technológiát használja a VIOS, IIOS, VIOS és IIOS nagyon kicsivé tételéhez, és széles körben használják a stabil integrációban, a precíziós kiegészítésben, az összehasonlítás észlelésében és a gyenge jelek precíziós erősítésében. Az op -07 kettős tápegységet igényel, és a működési hőmérsékleti tartomány 0-70 fok. Általában a nulla beállítás nem szükséges. Ha nulla beállításra van szükség, akkor az RW használható a beállításhoz. Az A3 741 chipet használ, amely kettős tápegységet igényel, és az áramellátási tartomány ± (3-18) v. A tipikus tápegység ± 15 V, amelynek általában nagyobb vagy egyenlőnek kell lennie ± 5 V -nél. Kompenzációs kondenzátorokat tartalmaz benne, és nincs szükség külső kompenzációs kondenzátorokra.
(3) A/D (analóg-digitális) konverziós áramkör
A mérési erősítővel amplifikáló feszültségjel 0-5 v feszültségtartománya van. Ez a jel egy analóg jel, és a számítógép nem fogadhatja el, ezért az A/D konverziót kell végrehajtani. A tényleges áramkörben az ICL7109 chip választja ki. Az ICL7109 egy nagy pontosságú, alacsony zajú, alacsony sodródó, olcsó kettős integrális 12- bit A/D konverter. Mivel a 12- bit egymást követő A/D konverter közeledik, viszonylag drága, az olcsó kettős integrál 12- Bit A/D konverter ICL7109 olyan helyzetekben használható, ahol a sebesség nem túl magas, például a nagy pontosságú mérési rendszerekben, például a mérési, mérési nyomás és a mérési hőmérséklet.
A hőelem érzékelő hőmérséklet -mérési rendszerének fenti elemzésével remélem, hogy ez hasznos lesz mindenki munkájához és tanulmányozásához.