O návrhu a aplikaci systému měření teploty termočlánku

Jako typický prvek měření teploty byl široce používán senzor termočlánků.
Následuje typický systém měření teploty řízený jediným mikropočítačem čipu, který se skládá ze tří částí: (1) obvod měření zesilovače; (2) konverzní obvod A/D; (3) Zobrazovací obvod. Je široce používán v systémech měření teploty a teploty v elektrárnách a chemických rostlinách.
1. Hardwarový design
(1) Senzor teploty termočlánků
Tento systém používá termočlánky nikl-chromium-nickel-silicon. Měřený teplotní rozsah je 0-655 stupeň. Kompenzace za studena přijímá metodu kompenzačního mostu. Potenciál generovaný nevyváženým mostem se používá k kompenzaci změny termoelektrického potenciálu způsobeného změnou teploty chladné koncové teploty termočlánku. Nevyvážený most se skládá ze čtyř můstkových ramen rezistorů R1, R2, R3 (vinutí měděného drátu manganu), RCU (vinutí měděného drátu) a regulátoru napětí můstku, které jsou připojeny v sérii v obvodu termočlánku. RCU a studený konec termočlánku jsou na ± 0 stupeň a r 1= r 2= r 3=1 Ω. Napětí napájení můstku je 4 V, poháněno napájecím zdrojem stabilizovaným napětím. RS je odpor omezující proud a jeho hodnota odporu se liší s různými termočlánky. Most je obvykle vyvážen při 20 stupních. V tuto chvíli jsou čtyři odpory můstků mostu r 1= r 2= r 3= RCU a na koncích a a b. Když se například teplota chladné koncové teploty odchyluje od 20 stupňů, když se zvyšuje, RCU se zvyšuje, zatímco termoelektrický potenciál termočlánku se s rostoucí koncovou teplotou snižuje. UAB se rovná snížení termoelektrického potenciálu a výstupní potenciál zůstává nezměněn poté, co je UAB překrýván na termoelektrický potenciál, čímž se dosáhne automatického dokončení kompenzace za studena.
(2) Obvod zesilovače měření
Ve skutečných obvodech není výstup signálu z termočlánku ne více než několik desítek milivoltů (<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.
Ve skutečném obvodu používají A1 a A2 nízko-drift, vysoce přesné OP amp op -07 čipy, jejichž vstupní posun napětí drift vios a vstupní kompenzovaný proudový drift IIO je velmi malý. Op -07 používá ultra vysokou technologii a "Zenerova jemná doladění", aby byla jeho Vios, IIO, Vios a IIO velmi malá a je široce používána při stabilní integraci, přesné přidání, porovnání detekce a přesné zesílení slabých signálů. OP -07 vyžaduje duální napájení a provozní teplotní rozsah je 0-70 stupeň. Obecně není nulové nastavení nulové. Pokud je vyžadováno nastavení nuly, lze pro nastavení použít RW. A3 používá 741 čip, který vyžaduje duální napájení, a rozsah napájení je ± (3-18) v. Typický napájecí zdroj je ± 15 V, což by mělo být obecně větší nebo rovné ± 5V. Obsahuje uvnitř kompenzační kondenzátory a nejsou vyžadovány žádné externí kompenzační kondenzátory.
(3) Konverzní obvod A/D (analog-digitální)
Napěťový signál zesílený měřicím zesilovačem má rozsah napětí 0-5 v. Tento signál je analogový signál a nelze jej přijmout počítačem, takže musí být provedena konverze A/D. Ve skutečném obvodu je vybrán čip ICL7109. ICL7109 je vysoce přesný, nízko-šum, nízkopodlažní, nízkonákladový duální integrální 12- Bit A/D Converter. Since the current 12-bit successive approximation A/D converter is relatively expensive, the cheap dual-integral 12-bit A/D converter ICL7109 can be used in situations where the speed is not too high, such as in high-precision measurement systems for various sensor signals such as weighing, measuring pressure, and measuring temperature.
Díky výše uvedené analýze systému měření teploty termočlánků doufám, že to bude užitečné pro práci a studium každého.