Termopaaride anduri temperatuuri mõõtmissüsteemi kujundamisel ja rakendamisel

Tüüpilise temperatuuri mõõtmise elemendina on termopaari andurit laialdaselt kasutatud.
Järgnev on tüüpiline temperatuuri mõõtmissüsteem, mida juhib ühe kiibi mikroarvuti, mis koosneb kolmest osast: (1) mõõtmisvõimendi vooluring; (2) A\/D muundamise vooluring; (3) Kuvaringi. Seda kasutatakse laialdaselt elektrijaamade ja keemiatehase temperatuuri mõõtmise ja temperatuuri juhtimissüsteemides.
1. riistvara kujundus
(1) Termopaari temperatuuriandur
See süsteem kasutab nikkel-cromium-nickel-siliconi termopaare. Mõõdetud temperatuurivahemik on 0-655 kraad. Külma otsaga hüvitis võtab vastu kompensatsioonisilla meetodi. Tasakaalustamata silla poolt genereeritud potentsiaali kasutatakse termoelektrilise potentsiaali muutumise kompenseerimiseks, mis on põhjustatud termopaari külma otsa temperatuuri muutusest. Tasakaalustamata sild koosneb neljast takisti R1, R2, R3 (mangaanivaihi mähise), RCU (vasktraadi mähise) ja silla pinge regulaatorist, mis on ühendatud termopaaride vooluringis. RCU ja termopaari külm ots on ± 0 kraadi juures ja r 1= r 2= r 3=1 ω. Silla toitepinge on 4V, mida toidab pinge stabiliseeritud toiteallikas. RS on voolu piirav takisti ja selle takistuse väärtus varieerub erinevate termopaaride korral. Sild on tavaliselt tasakaalus 20 kraadi juures. Sel ajal on silla nelja silla käe takistused r 1= r 2= r 3= rcu ja otstes a ja b ei ole väljundit. Kui külma otsa temperatuur kaldub välja näiteks 20 kraadi, näiteks tõuseb RCU, samas kui termopaari termoelektriline potentsiaal väheneb, kui külma otsa temperatuur tõuseb. UAB võrdub termoelektrilise potentsiaali vähenemisega ja väljundpotentsiaal jääb muutumatuks pärast seda, kui UAB on termoelektrilise potentsiaali peal asetatud, saavutades sellega külma otsa kompenseerimise automaatse lõpuleviimise.
(2) Mõõtmisvõimendi vooluring
Tegelikes vooluahelates ei ole termopaari signaali väljund vaid paar kümnet Millivoltsi (<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.
Tegelikus vooluringis kasutavad A1 ja A2 madalat driili, ülitäpselt OP AMP OP -07 kiibid, mille sisendi nihutamispinge temperatuuri triiv VIO-d ja sisend nihke voolu temperatuuri triiv IIOS on väga väikesed. OP -07 kasutab ülikõrget tehnoloogiat ja "zeneri peenhäälestamise" tehnoloogiat, et muuta oma VIO-d, IIOS, VIOS ja IIOS väga väikeseks ning seda kasutatakse laialdaselt nõrkade signaalide stabiilse integreerimise, täpse lisamise, võrdluse tuvastamise ja täpsuse amplifikatsiooni korral. OP -07 nõuab kahe toiteallika ja töötemperatuuri vahemik on 0-70 kraad. Üldiselt pole null reguleerimine vajalik. Kui on vaja null reguleerimist, saab reguleerimiseks kasutada RW -d. A3 kasutab 741 kiipi, mis nõuab kahe toiteallika ja toiteallika vahemik on ± (3-18) v. Tüüpiline toiteallikas on ± 15 V, mis peaks üldiselt olema suurem või võrdne ± 5 V. See sisaldab kondensaatoreid sees ja väliseid kompensatsioonide kondensaatoreid pole vaja.
(3) A\/D (analoog-digitaalne) muundumisahela
Mõõtmisvõimendi abil võimendatud pingesignaal on pingevahemik 0-5 v. See signaal on analoogsignaal ja seda ei saa arvuti abil aktsepteerida, seetõttu tuleb teha A\/D teisendamine. Tegelikus vooluringis valitakse ICL7109 kiip. ICL7109 on ülitäpne, madala müraga, madala driiliga, odavate kahekordsete integreeritud 12- bitti a\/d muundur. Kuna praegune 12- biti järjestikune lähend A\/D muundur on suhteliselt kallis, saab odavat kaheintegraalset 12- bitti A\/D muundurit ICL7109 kasutada olukordades, kus kiirus pole liiga kõrge, nagu näiteks kõrgete andurisignaalide jaoks mõeldud mõõtmissignaalide jaoks nagu näiteks mõõdetav temperatuur ja mõõdetav temperatuur.
Termopaari anduri temperatuuri mõõtmise süsteemi ülaltoodud analüüsi kaudu loodan, et sellest on abi kõigi töö ja õppimise jaoks.