Усилитель сигнала термопары | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 17 августа, печатный экземпляр отправим 21 августа.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Галимуллин Н. Р., Хайруллина Н. Т. Усилитель сигнала термопары [Текст] // Исследования молодых ученых: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2019 г.). — Казань: Молодой ученый, 2019. — С. 1-3. — URL https://moluch.ru/conf/stud/archive/349/15255/ (дата обращения: 16.10.2019).



Данная статья посвящена разработке устройства усиления сигнала термопары.

Ключевые слова: термопара, терморегулировка, нихромовая спираль.

Помимо задачи контроля температуры бывает необходимо обеспечить ее регулирование или поддержание на каком-либо заданном уровне. Поэтому становится важным обеспечить согласование блока измерения температуры и нагревателя, в качестве которого может использоваться нихромовая спираль. Для работы нагревателя нужно усилить сигнал с блока измерения по мощности, поэтому в состав устройства терморегулирования входит также усилитель мощности.

В данной статье рассматриваются различного рода термопары, которые часто являются основным видом датчиков температуры. Разрабатывается усилитель сигнала термопары и усилитель мощности для управления нагревательным элементом.

Электрическая схема блока измерения температуры и блока нагрева показаны на рисунках 1 и 2. Рассмотрим их по отдельности.

Термопары типа S — наиболее широкодиапазонные и стабильные, поэтому они получили широкое распространение [1]. Однако им присущ серьезный недостаток: крайне малый коэффициент преобразования, всего 5,88 мкВ/°С при 20°С (у термопары типа J — 51,45 мкВ/°С, типа К — 40,28 мкВ/°С). Поэтому при не очень больших температурах (менее 500°С) вырабатываемый ими сигнал крайне мал. Усилитель должен хорошо подавлять 50-герцовый сигнал и иметь стабильное дифференциальное усиление. Его входное сопротивление должно быть достаточно высоким (более 10 кОм).

sch_termopar

Рис. 1. Блок измерения температуры

Мы разработали схему (Рис 1), которая позволяет решить указанные проблемы. Она представлена в виде дифференциального усилителя с Т-образной цепью обратной связи, который имеет достаточно высокий коэффициент усиления по напряжению (200) и достаточно большое входное сопротивление. В качестве операционного усилителя лучше всего применить прецизионный усилитель с крайне малым смещением (менее 10 мкВ) и столь же малым температурным дрейфом (меньше 100 нВ/°С). К таким усилителям относятся LTC1050, LTC1052 фирмы Linear Technology, ICL7650, ICL7652 фирм Intersil и Maxim, а также AD8551 от Analog Devices. Питающее напряжение (от +UПИТ до -UПИТ) данного усилителя 12 В.

Шунтирующие конденсаторы на входе усилителя ослабляют ВЧ-радиопомехи (поскольку у соединительных проводов термопар достаточно большая длина).

Микросхема AD590 которая находится в тепловом контакте с опорным спаем, используется в качестве датчика температуры, вырабатывая ток, пропорциональный ее абсолютной температуре (1 мкА/°С). Температуре 0°С соответствует абсолютная температура 273 К, и следовательно, AD590 выработает ток 273 мкА; температуре 25°С — соответственно 298 К и 298 мкА, и т. д.

Так как основной усилитель DA2 имеет коэффициент усиления 200, то компенсирующее напряжение, вырабатываемое усилителем DA1, должно составлять 200 • 5,88 = 1,176 мВ/°С. Это обеспечивается включением в обратную связь DA1 резистора сопротивлением 1,176 кОм.

Если опорный спай находится при температуре 0°С, на выходе DA1 должно присутствовать нулевое напряжение, так как при нулевой температуре опорного спая коррекция не нужна. Однако AD590 в этом случае вырабатывает ток 273 мкА, который, проходя через резистор сопротивлением 1,176 кОм, создает на нем падение напряжения 0,321 В. Для того чтобы скомпенсировать этот сигнал, на неинвертирующий вход DA1 подается напряжение с делителя напряжения R2-R4, формирующего совместно с прецизионным стабилитроном VD1 (LM336Z-2.5) требуемое напряжение. Точная регулировка осуществляется подстроечным резистором R4.

При использовании термопар других типов необходимо пересчитать значение сопротивления R5 и корректирующего напряжения на неинвертирующем входе DA1, что может потребовать применения более высоковольтного источника опорного напряжения.

Основой блока нагревателя служит нагревательный элемент в качестве которого используется нихромовая спираль, а сам блок представляет собой усилитель мощности постоянного тока. Управляющее напряжение поступает с выхода блока измерения температуры и поступает на вход усилителя, где усиливается по мощности и затем подается на нагревательный элемент. Таким образом, напряжение на нагревательном элементе и мощность, рассеиваемая им (температура нагрева спирали) зависит от управляющего напряжения. Усилитель мощности собран по типовой схеме. Входная часть собрана по схеме дифференциального усилителя (DA1), у которого один вход подключен к общему проводу. Выходная часть собрана по схеме бустера напряжения на транзисторах VT1-VT6.

Выходное напряжение усилителя может изменяться в пределах от +16 В до –16 В.

sch_um

Рис. 2. Схема блока нагрева

Данный электронный блок является законченным и может работать как самостоятельно в качестве регулятора температуры, так и в составе электронной системы, где требуется термостатирование или терморегулировка.

Литература:

  1. ГОСТ Р 8.585–2001. ГСИ. Термопары Номинальные статические характеристики.
Основные термины (генерируются автоматически): усилитель мощности, нагревательный элемент, опорный спай, термопара типа, резистор сопротивлением, обратная связь, дифференциальный усилитель, входное сопротивление, вход усилителя, абсолютная температура.

Ключевые слова

термопара, терморегулировка, нихромовая спираль

Похожие статьи

Разработка термостабильного источника опорного напряжения

В источнике опорного напряжения применены однотипные резисторы с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления. На операционном усилителе А1, резисторах R3, R4 и R5 собран самозапускающийся инвертирующий усилитель.

Простейший операционный усилитель на полевых транзисторах...

Операционный усилитель является универсальным устройством, которое позволяет проводить различные операции с аналоговыми сигналами. Одни из самых простейших и основных операция — это усиление входного сигнала, сложение, вычитание...

Проектирование прецизионных помехоустойчивых импульсных...

Указанный усилитель обеспечивает большую скорость нарастания выходного напряжения и широкую полосу пропускания, что очень важно для исследования и практического применения в импульсных усилителях первичного преобразователя магнитострикционных приборов.

Разработка блока управления для стиральной машины

Для выбора типа термопары нужно оценить поведение коэффициента Зеебека термопары в диапазоне температур предполагаемых измерений, и выбрать тип термопары с наибольшей линейностью. На рисунке 1 приведены зависимости коэффициента Зеебека термопары от...

Стабилизатор напряжения на базе магнитного усилителя...

Магнитными усилителями принято называть усилители мощности тока и напряжения в электрических цепях

Магнитные усилители, основным элементом которых являются катушки с

Магнитный усилитель может работать при изменении сопротивления цепи управления в...

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Резисторы с сопротивлением 10 кОм±5 %(коричневый, оранжевый, золотистый, коричневый) 6 штук. Резистор CF-1 мощность 1Вт, сопротивление 1

В статье были подобраны некоторые необходимые компоненты устройства, произведены расчёты электрических цепей усилителя...

Классы усилителей мощности. Усилители классов А, В, АВ, С

Принцип разбиения усилителей по классам. Усилители мощности применяются в огромном количестве электронных приборов: звуковых системах, электродвигателях, устройствах с беспроводной передачей энергии и т.д. При этом существует несколько разновидностей...

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

— масштабный усилитель постоянного тока. Rизм — измеряемое сопротивление. J — ступенчато регулируемый источник тока.

Микросхема предназначена для преобразования входных аналоговых сигналов в диапазоне отрицательных напряжений от –2 В до 0 в один из...

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

Примером генератора типа источники “белого шума” может служить полупроводниковый диод-стабилитрон, излучающий в режиме лавинного

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Установлено влияние величины сопротивления эмиттерной обратной связи на основные параметры триггера и влияние величины

Входное сопротивление. Основные термины (генерируются автоматически): операционный усилитель, выходное напряжение, ток, класс...

Похожие статьи

Разработка термостабильного источника опорного напряжения

В источнике опорного напряжения применены однотипные резисторы с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления. На операционном усилителе А1, резисторах R3, R4 и R5 собран самозапускающийся инвертирующий усилитель.

Простейший операционный усилитель на полевых транзисторах...

Операционный усилитель является универсальным устройством, которое позволяет проводить различные операции с аналоговыми сигналами. Одни из самых простейших и основных операция — это усиление входного сигнала, сложение, вычитание...

Проектирование прецизионных помехоустойчивых импульсных...

Указанный усилитель обеспечивает большую скорость нарастания выходного напряжения и широкую полосу пропускания, что очень важно для исследования и практического применения в импульсных усилителях первичного преобразователя магнитострикционных приборов.

Разработка блока управления для стиральной машины

Для выбора типа термопары нужно оценить поведение коэффициента Зеебека термопары в диапазоне температур предполагаемых измерений, и выбрать тип термопары с наибольшей линейностью. На рисунке 1 приведены зависимости коэффициента Зеебека термопары от...

Стабилизатор напряжения на базе магнитного усилителя...

Магнитными усилителями принято называть усилители мощности тока и напряжения в электрических цепях

Магнитные усилители, основным элементом которых являются катушки с

Магнитный усилитель может работать при изменении сопротивления цепи управления в...

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Резисторы с сопротивлением 10 кОм±5 %(коричневый, оранжевый, золотистый, коричневый) 6 штук. Резистор CF-1 мощность 1Вт, сопротивление 1

В статье были подобраны некоторые необходимые компоненты устройства, произведены расчёты электрических цепей усилителя...

Классы усилителей мощности. Усилители классов А, В, АВ, С

Принцип разбиения усилителей по классам. Усилители мощности применяются в огромном количестве электронных приборов: звуковых системах, электродвигателях, устройствах с беспроводной передачей энергии и т.д. При этом существует несколько разновидностей...

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

— масштабный усилитель постоянного тока. Rизм — измеряемое сопротивление. J — ступенчато регулируемый источник тока.

Микросхема предназначена для преобразования входных аналоговых сигналов в диапазоне отрицательных напряжений от –2 В до 0 в один из...

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

Примером генератора типа источники “белого шума” может служить полупроводниковый диод-стабилитрон, излучающий в режиме лавинного

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Установлено влияние величины сопротивления эмиттерной обратной связи на основные параметры триггера и влияние величины

Входное сопротивление. Основные термины (генерируются автоматически): операционный усилитель, выходное напряжение, ток, класс...