Схема с компенсацией холодного спая термопары в сумматоре

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема с компенсацией холодного спая термопары в сумматоре



Задание. Рассчитать схему автоматического контроля температуры с широтно-импульсной модуляцией выходного сигнала "схема с компенсацией холодного спая термопары в сумматоре"

Таблица 1 - Исходные данные.

№ задания	Температура объекта контроля (+гр. С)	Температура Окружающей Среды (+гр. С)	Тип термопары	Уровень выходн. Сигнала (В)	Период сигнала модулирования (мс)	Диапазон изменения длительности импульсов	Амплитуд импульcа модуляции (В)	Погрешность преобразования (%)
16	230	25	ТПР(ВР)	10	16	0.05-0.95	10	0.1

Решение

Рассчитаем преобразователь сопротивление - напряжение.

Преобразование сопротивления в напряжение будем производить с использованием операционного усилителя (рисунок 1.).

Рисунок 1 - Преобразователь "Сопротивление-напряжение"

Элементы схемы R1, R2 и VD1 представляют собой стабилизированный источник напряжения на стабилитроне VD1. Rт - терморезистор. Напряжение питания схемы 15 В.

Для схемы выберем стабилитрон 2С147А.

Выбираем стабилитрон 2С147А.



Таблица 2 - Характеристики стабилитрона 2С147А.

Тип прибора

Uст ном, B При (Iст ном, мА)

Рmax, мВт

Значения параметров при Т=25°С, Iпр ном

Предельные значения параметров при Т=25°С

Тк max,°С

Корпус

Uст min, B

Uст max, B

rст, Ом

rст, Ом при Iст min

aст, 10-2 %/°С

Iст min, мА

Iст max, мА

2С147А

4,7(10)

300

4,23

5,17

56

160

-9...…+1

3

58

125

1

Сопротивление находим по формуле:

Ом;

Мощность рассеивания резистора :

Вт

Достаточно выбрать резистор мощностью 0,25 Вт.

;

,

Следовательно,

Ом.

Выбираем с запасом равным 10 кОм.

Мощность, которую может рассеять резистор :

Вт ? 0

Достаточно выбрать резистор мощностью 0,125 Вт.

Напряжение на входе операционного усилителя В.

Преобразователь сопротивление - напряжение построен на инвертирующем усилителе напряжения. Для него справедлива формула:

,

Где - сопротивление терморезистора, Ом; - выходное напряжение ОУ, В. сопротивление напряжение операционный усилитель

Сопротивление терморезистора при температуре 25 єС находим по формуле:

Ом;

Максимальное выходное напряжение ОУ Uвых равно 10 В.

Ом.

Принимаем стандартное значение 27 Ом.

Мощность рассеивания резистора :

Вт

Достаточно выбрать резистор мощностью 0,25 Вт.

Выбор и расчет усилителя

Операционные усилители (ОУ) - это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов, и выполняющие различные операции над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

В проектируемом аппарате термоЭДС с выхода термопары должна быть усилена с помощью усилителя до максимального напряжения. По рабочему заданию измеряемая температура объекта (технологического процесса) 230 єС. Рассчитаем коэффициент усиления в схеме измерения температуры.

Будем усиливать сигнал с термопары операционным усилителем.

Рассчитаем коэффициент усиления по формуле:

,

где - напряжение на выходе ОУ, В; - измеряемая температура, єС;

- коэффициент термопары, В/ єС; - коэффициент усиления ОУ.

Для начала рассчитаем коэффициент термопары.

Согласно заданию используется термопара типа ТПР. Для определения коэффициента термопары возьмем 2 точки на графике.



Рисунок 2 - Градуировочные характеристики термоэлектрических термометров.

1 - гр. ХК; 2 - гр. ХА; 3 - гр. ВР - 5/20; 4 - гр. ПП-1; 5 - гр. ВР - 10/20; 6 - гр. ПР - 30/6; 7 - гр. ВМ

0 єС -0 мВ

600 єС -2,1 мВ

Выбираем схему неинвертирующего усилителя (рис.3.):



Рисунок 3 - Схема неинвертирующего операционного усилителя

Выбираем операционный усилитель 153УД101.

Таблица 3 - Характеристики ОУ

Тип изделия	UCC V	ICC mA	UOMAX V	AU	UIO mV	IIO nA	KCMR dB	SVOM V/µs	trip µs
153УД101	±15	6	±10	20к	5	250	65	0,06	2,5

Здесь ; должен находиться в пределах от единицы кОм до сотен кОм. При больших сопротивлениях начинают сказываться токи утечки ОУ, при малых - возможны броски тока, что снижает надежность.

Резистор Rу2 выбирается исходя из максимального выходного тока операционного усилителя.

При данном значении Rу2 величина Rу1 для обеспечения требуемого коэффициента усиления превышает десятки кОм. Поэтому используем 2 каскада неинвертирующего усилителя. Для каждого каскада



кОм.

Принимаем стандартное значение 221 кОм

Максимальное напряжение на входе ОУ не более 10В.

Мощность резистора :

Вт ? 0

Выходное напряжение не может превышать ± 10 В. Напряжение на резисторе не может превышать

В.

Мощность резистора :

Вт ? 0

Достаточно выбрать резисторы мощностью 0,125Вт.

Компаратор

Данный блок представляет собой компаратор, суть работы которого заключается в сравнении двух входящих сигналов, и получении на выходе импульсов различной длительности.

На отрицательный вход подаётся опорный сигнал, т.е. "треугольные импульсы", а на положительный - сам модулируемый непрерывный аналоговый сигнал.

Частота импульсов соответствует частоте треугольных импульсов. Ту часть периода, которую входной сигнал выше опорного, на выходе получается единица, ниже -- нуль.

Рисунок 4 - Схема компаратора

В качестве компаратора DA6 используется 554СА3А для обеспечения стабильной работы ШИМ.

Таблица 4 - Технические характеристики аналогового компаратора 554СА3А

Наимен.

Описание

К В/мВ

Есм мВ

Uдр мкВ/C

I вх. нА

dIвх нА

Kсф дб

Tз/Uп нс/мВ

Uдф В

Uсф В

Uвых

E пит. В

I п. мА

554СА3А

Универсальный компаратор с регулируемым выходным уровнем

150-

3

-

100

10

70

300/10

15

15

-

+15, -15

7,5, 5,0

Условные обозначения параметров компараторов
Обозначение	Описание
К (В/мВ)	Коэффициент усиления К (в тысячах)
E см (мВ)	Напряжение смещения нуля
U др.(мкВ/C)	Дрейф К
I вх (нА)	Входной ток К
I вх (нА)	Разность входных токов входов К
TK Ib (нА/C)	Дрейф входного тока К
TK Ib (нА/C)	Дрейф разности входных токов входов К
K сф (дб)	Коэффициент подавления синфазного сигнала
K вп (мкВ/В)	Коэффициент влияния напряжения питания (изменение смещения нуля при изменении напряжения питания)
Tз/Uп (нс/мВ)	Время срабатывания компаратора при перевозбуждении Uп
U дф(В)	Величина предельного дифференциального напряжения
U сф(В)	Величина предельного синфазного напряжения
U вых(В)	Размах выходного напряжения при номинальном напряжении питания
E пит(В)	Номинальное напряжение питания
I п. (мА)	Потребляемый ток при номинальном напряжении питания

Резисторы R16, R17 выбираем 2кОм.

Резистор R17 в сочетании с диодами ограничивает размах входного сигнала. Благодаря диодам в ограничиваем размах входного напряжения значениями -12,6 В до +12,6 В, условие состоит в том, что отрицательное входное напряжение не должно достигать значения напряжения пробоя (например, для диода типа КД510А это значение составляет - 50 В).

Генератор "пилы"

Схема генератора пилообразных импульсов приведена на рисунке 5

Рисунок 5 - Генератор "пилы"

Для суммирующего триггера амплитуда выходного напряжения "пилы" зависит от порога срабатывания суммирующего триггера (DА1, напряжения U1 и U2):

,

,

где U1 и U2 - это максимальное и минимальное значения пилообразного напряжения на выходе интегратора DA2 (Uтр).

Принимаем U1=0В

Для необходимо, чтобы Uоп было только отрицательной полярности. Зададимся величиной Uоп -10 В., сопротивление R1 примем равным 10кОм. Для решения системы уравнений вычтем из выражение .

Из получаем:

Примем стандартную величину сопротивления R2 24 кОм.

Мощность рассеиваемая на транзисторе:

Выбираем резистор R2 типа МЛТ 24 кОм мощностью 0.125 Вт.

Подставляя в систему полученные значения находим R6:



Примем стандартную величину сопротивления R6 6,8 кОм.

Мощность рассеиваемая на транзисторе:

Выбираем резистор R6 типа МЛТ 6,8 кОм мощностью 0.125 Вт.

Период колебаний равен удвоенному значению времени, в течение которого выходное напряжение интегратора (Uтр) изменится от -Uтр до +Uтр. Несложные расчеты дают:

Из найдем R, для чего примем С 1 мкФ:

Примем стандартную величину сопротивления R 10 кОм.

Мощность рассеиваемая на транзисторе:

Выбираем резистор R типа МЛТ 10 кОм мощностью 0.125 Вт.

Электронный ключ

В качестве ключа выбирается следующая схема:

Рисунок 6 - Схема электронного ключа

Rн =0,5 кОм, Uвых =10В.

Iк=Uвых/Rн=10/500=50mА

По справочнику ищем транзистор, который выдержит заданный ток коллектора (0,05А). Выбираем транзистор КТ343А. Параметры приведены в таблице 5

Из справочника - h21э, для КТ343А.

h21э=30.

Считаем базовый ток

Iб=Ik/h21э=0.05/30? 1,67 mA,

на базу надо подводить ток не ниже 167 мкА.

R14 - согласующее сопротивление между компаратором DD3 и транзистором VT2. Выберем R16 = 200 Ом.

Rвых=R15 выберем 510 Ом. На выходе необходимо получить 10 В, тогда рассчитаем величину резистора R14

(Uпит-Uвых)/R14=Uвых/R15,

откуда

R14=2R15/10=102 Ом,

из стандартного ряда выбираем номинал 100 Ом. Рассеиваемая мощность 10В*1.25mA?0,0125 Вт

Таблица 5. Параметры выбранного транзистора КТ343А.

Прибор	Предельные параметры
			при Т=25 °С
	IK, max, mA	IK И, max, mA	UКЭR max (UКЭ0 max), В	UКБО max, В	UЭБО max, В	РК max, (Pmax), мВт	Т, °С	ТП, max, °С	Т, max, °С
КТ343А	50	150	17	20	4	150	75	150	85

Параметры при Т=25 °С
h21Э	UКБ (UКЭ), В	IЭ (IК), мА	UКЭ НАС, В	UКБ0 (IКЭR), мкА	fгр (fh21), МГц	Кш, дБ	Ск, пФ	Сэ, пФ	tрас, мкс
30	0,3	10	0,3	1	300		6	8	0,015

Общая схема представлена на рисунке 7

Рисунок 7 - Общая схема

Размещено на Allbest.ru

...