Поиск данных в этих таблицах программным путем требует определенного объема памяти для их хранения, но это быстрое и точное решение в случаях, когда измерения повторяются с большой частотой. Два других метода для преобразования напряжения в данные требуют больших ресурсов, чем поиск данных в таблицах: 1) линейная аппроксимация с помощью полиномов; 2) аналоговая линеаризация выходного сигнала термопары. Линейная аппроксимация программным путем популярна, т.к. необходима память только для хранения заранее известных коэффициентов полинома. Недостаток этого метода в том, что время измерения зависит от скорости расчета полиномов высокой степени. Время на расчет растет с возрастанием степени полинома, что обычно происходит при увеличении диапазона измерений прибора.

Термопары и компенсация холодного спая

Термисторы наиболее чувствительны, но и наиболее нелинейны. Полупроводниковые датчики температуры являются самыми точными, но имеют узкий диапазон применения (от –55 °С до +150 °С). Таблица 2.5 Типы датчиков температуры Термопары РДТ Термисторы Полупроводниковые датчики температуры Самый широкий диапазон температур (от –184 °С до +2300 °С) Диапазон от –200 °С до +850 °С Диапазон от 0 °С до +100 °С Диапазон от –55 °С до +150 °С Высокая точность и повторяемость Высокая линейность Низкая линейность Линейность 1 °С Точность 1 °С Необходимость компенсации холодного спая Требует внешнего возбуждения Требует внешнего возбуждения Требует внешнего возбуждения Низкое выходное напряжение Низкая стои- мость Высокая чувствительность Типовой выходной сигнал 10 мВ/К, 20 мВ/К или 1 мА/К В табл.
2.5 приведены наиболее популярные типы температурных датчиков.

Принцип работы термопары и компенсация напряжения на холодном спае

Основные характеристики термопар Тип ПоложительныйМеталл/Сплав ОтрицательныйМеталл/Сплав Температурныйдиапазон, °С T Медь Константан -200…350 J Железо Константан 0…750 K Хромоникелевый сплав Алюмель -200…1250 E Хромоникелевый сплав Константан -200…900 При соединении двух металлов (пайкой или сваркой) получают два перехода (спая), как показано на рис. 1а, разность потенциалов образуется в цепи вследствие разности температур спаев. Это явление называется эффектом Зеебека, он состоит в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека обратен эффекту Пельтье, заключающемуся в преобразовании электрической энергии в тепловую, что применяется в частности в термоэлектрических охладителях.
На рис. 1 показано, что выходное напряжение Vвых — это разница между потенциалами холодного и горячего спаев. Т.к.

Разработка аналоговой части проектируемых устройств, страница 10

Выходное напряжение термопары обычно определено как значение, полученное при поддержании температуры холодного спая, равной 0 °С. Отсюда и происхождение термина «холодный спай» или «спай при температуре тающего льда». Таким образом, если измерительный спай будет помещен в среду с нулевой температурой, на выходе термопары будет нулевое напряжение.

Инфоinfo
Чтобы проводить высокоточные измерения, необходимо тщательно поддерживать температуру холодного спая, которая должна быть строго определена (хотя не обязательно равна 0°С). Простая реализация этого требования представлена на рис. 4. Ванна с тающим льдом может быть легко реализована в любых условиях, хотя на практике это не всегда удобно.

Рис. 4 Сегодня «спай при температуре тающего льда» с требуемой для его реализации ванной со льдом и водой успешно вытесняется электроникой.

Компенсация холодного спая.

Для компенсации нелинейности термопары рекомендуется использовать высокоточный АЦП и последующую программную обработку сигнала. На рис. 2.23 представлена микропроцессорная система, предназначенная для квантования напряжения с термопары. Для анализа выхода температурного датчика холодного спая используются два мультиплексных входа АЦП.
Входной усилитель программируется на усиление от 1 до 128, а разрешение АЦП составляет от 16 до 22 разрядов (в зависимости от выбранного конкретного АЦП). Микроконтроллер выполняет арифметические действия по компенсации температуры холодного спая и линеаризации характеристики термопары [11].
Измерения для схемы на рисунке 4 Температурахолодного спая, °С Измеренная температурагорячего спая, °С Изм. 1 0,0 +100,25 Изм. 2 +25,2 +100,25 Изм. 3 +50,1 +101,00 Изм. 4 +70,0 +101,25 Получение технической информации, заказ образцов, поставка —e-mail: [email protected] Новый драйвер Ethernet с коррекцией предыскажений Компания Maxim Integrated Products представила MAX3984 — одноканальный драйвер Ethernet с коррекцией предыскажений на выходе и компенсацией на входе, способный работать с быстродействием 1…10,3 Гбит/сек. Устройство компенсирует затухания в медных линиях связи (оптоволоконные каналы 8,5 Гбит/сек, Ethernet 10 Гбит/сек), позволяя достичь длины линии до 10 м при использовании провода 24 AWG. Драйвер предусматривает выбор четырех уровней коррекции предыскажений и возможность коррекции на входе.

В итоге получаем округление до 0.5 ) В приложенном файле, есть оба варианта (дробное и целое).Целое дает ТОЧНЫЙ(!!!) результат на тестовых данных. Ошибка 0. ОБНОВЛЕНИЕ: Пояснения по решению, или ответы на вопросы: По сути мы хотим получить две прямые (но нас интересует их сумма). Первая прямая — горячий спай,t1 = k1 * A + c1Вторая — холодныйt2 = k2 * B + c2 Нас интересует их суммаt = k1 * A + k2 * B + c (где с = с1 + с2) 0-1223488 0-1243500 1003893432 1-1163334 1-1223488 13893432 К сожалению, мы НЕ ищем прямое преобразование А-В в температуру и НЕ решаем описанные уравнения.


Это было бы идеально. И для расчетов (2 умножения, 2 сложения) очень просто и не напряжно для МК.

Усилители откалиброваны с точностью ±4 °С при температуре окружающей среды 60 °С и характеризуются температурной стабильностью 0,05°С/°С при изменении температуры окружающей среды в пределах от 25 °С до 100 °С. Все вышеописанные усилители не в состоянии компенсировать нелинейность термопары: они способны лишь корректировать и усиливать сигнал с термопарного выхода. АЦП с высокой разрешающей способностью, входящие в семейство AD77хx, могут использоваться для прямой оцифровки сигнала с выхода термопары, без предварительного усиления.

Преобразование и линеаризацию осуществляет микроконтроллер, сопряженный с таким АЦП, как показано на рис.10. Два мультиплексируемых входа АЦП используются для прямой оцифровки сигнала с термопары и с теплового датчика, находящегося в контакте с ее холодным спаем.

Важноimportant
Таким образом, расчет напряжения термопары с температурой ее измерительного спая Т °С и опорного спая при температуре 0 °С производится при помощи полинома V = K1·Т + K2·–Т2+ K3·Т3+ … . Следует учесть, что величины коэффициентов K2, K3и т. д. весьма малы для большинства известных типов термопар. Как правило, для компенсации холодного спая свободные концы термопары устанавливаются в специальном изотермическом блоке (рис.

2.20). Рис. 2.18. Классическая компенсация температуры холодного спая при использовании опорного спая, находящегося при температуре таяния льда (0 °С) Vcomp = f(T2) Vout= V(T1) — V(T2) + Vcomp еслиVcomp = V(T2) — V(0°C), тоVout= V(T1) V(0°C) Рис. 2.19. Использование датчика температуры для компенсации холодного спая Рассмотрим схему сопряжения микропроцессорной системы с термопарой типа К (рис. 2.21).
Вместо этого нам необходимо найти другой путь для компенсации изменений температуры в месте расположения «холодного» спая, чтобы мы точно могли интерпретировать показания вольтметра, несмотря на изменения температуры в месте расположения этого спая. Практический способ компенсировать напряжение «холодного» спая – это включение в контур дополнительной ЭДС, равной по величине напряжению «холодного» спая, но обратной полярности. Если эта дополнительная ЭДС непрерывно отслеживает напряжение «холодного» спая при изменении его температуры, то, естественно, влияние потенциала «холодного» спая полностью исключается: Для того чтобы компенсирующее напряжение отслеживало температуру «холодного» спая, необходимо непрерывно измерять эту температуру, например, с помощью термистора или RTD. Далее электронное устройство непрерывно формирует соответствующее компенсирующее напряжение.
Переключение перемычек на выводах установки режима позволяет использовать ИС в качестве линейного усилителя-компенсатора или релейного регулятора температуры, использующего фиксированное значение или дистанционное управление точкой установки температуры. ИС можно использовать для прямого усиления напряжения компенсации, получая тем самым отдельный преобразователь температуры в градусах Цельсия с выходным сигналом 10 мВ/°С. Важно помнить, что ЧИП ИС был при той же самой температуре, что и холодный спай термопары, что обычно достигается установкой их обоих в непосредственной близости друг от друга и изолированием от источников тепла.
Рис. 2.21.

Термопары и компенсация холодного спая Термопары являются относительно недорогими датчиками, причем они функционируют в широком диапазоне температур, а при измерении высоких температур (до + 2300 °С) и в агрессивных средах термопары практически незаменимы. Тем не менее они дают на выходе милливольтные сигналы и требуют точного усиления для проведения дальнейшей их обработки. Еще одним недостатком при применении термопар является компенсация температуры холодного спая (см.

ниже). Как правило, термопары достаточно линейны. Наиболее известные термопары приведены в табл. 2.6, а на рис. 2.17 показаны кривые зависимости напряжения от температуры для трех широко используемых термопар. Термопары изготавливают из следующих металлов: железо, платина, родий, рений, вольфрам, медь, алюмель (сплав никеля и алюминия), хромел (сплав никеля и хрома) и константан (сплав меди и никеля).

Оставить комментарий

Ваша почта не будет опубликована

Бесплатная консультация, звоните прямо сейчас: