СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-1

используют 0 ° C в качестве эталонной температуры. Однако содержание эталонного спая термопары в ванне со льдом является непрактичным для большинства сис темизмерения. Вместо этого большин ство систем используют технологию, называемую компенсацией эталонно го спая (также известную как компен сация холодного спая). Температуру эталонного спая измеряют при по мощи другого термочувствительного прибора – обычно микросхемы, тер мистора, диода или RTD (резистивно го датчика температуры). Отсчёт напряжения термопары за тем корректируют для отображения температуры эталонного спая. Важно, чтобы эталонный спай был считан как можно более точно – с точностью дат чика температуры, содержащегося при той же самой температуре, что и эта лонный спай. Любая погрешность в определении температуры эталонно го спая отразится на конечном отсчёте показаний термопары. Для измерения образцовой темпера туры доступны различные датчики: ● термисторы . Они имеют быстрый отклик и небольшой корпус; однако они нуждаются в линеаризации и имеют ограниченную точность, осо бенно в широком диапазоне темпе ратур. Они также требуют тока для возбуждения, который может вызы вать саморазогрев, приводящий к дрейфу. Общая точность системы в сочетании с обработкой сигнала мо жет быть недостаточной; ● резистивные датчики температу ры (RTD) . Резистивные датчики тем пературы являются точными, ста бильными и достаточно линейными, однако размер корпуса и стоимость ограничивают их применение в сис темах управления технологически ми процессами; ● удалённые термодиоды. Это диоды, используемые для считывания тем пературы вблизи разъёма термопа ры. Формирующий кристалл пре образовывает напряжение на диоде, которое пропорционально темпера туре, в аналоговый или цифровой выходной сигнал. Его точность огра ничена примерно ±1 ° C; ● интегрированный датчиктемпера туры . Интегрированный датчик тем пературы – автономная ИС, которая считывает температуру локально, – должен быть тщательно установлен вблизи эталонного спая и может со четать компенсациюэталонного спая иобработку сигнала. Достижимыточ ности в пределах малых долей 1 ° C. Сигнал напряжения является нели нейным. Наклон графика характерис тики термопары изменяется в зависи мости от температуры. Например, при 0 ° C выход термопарыТ типа изменяет ся на 39 мкВ/ ° C, но при 100 ° C наклон возрастает до 47 мкВ/°C. Существуют три стандартных метода компенсациинелинейноститермопары. Выбрать часть графика, которая яв ляется относительно плоской, и ап проксимировать наклон как линейный в данной области – подход, который работает особенно хорошо для изме рений в ограниченном диапазоне тем ператур. Не требуются сложные вычис ления. Одной из причин, по которой термопары К и J типа являются попу лярными, является то, что они имеют большие промежутки температуры, для которых возрастающий наклон чувствительности (коэффициент тер моЭДС) остаётся фактически постоян ным (см. рис. 3). Другим подходом является сохране ние в памяти просмотровой таблицы, которая соотносит набор напряжений термопары с её относительной темпе ратурой. Затем используется линейная интерполяция между двумя ближай шими пунктами таблицы для получе ния других значений температуры. Третьим подходом является исполь зование уравнений высокого порядка, которыемоделируют поведение термо пары. Хотя этот метод имеет наиболь шуюточность, он также является самым затратным по вычислениям. Для каж дой термопарысуществуют два набора уравнений. Один набор преобразовы вает температуру в напряжение термо пары (полезное для компенсации эта лонного спая). Другой набор преоб разовывает напряжение термопары в температуру. Таблицытермопари урав нений высокого порядка для термопар могут быть найдены на интернет стра нице http://srdata.nist.gov/its90/main/. Все эти таблицы и уравнения основа нына температуре эталонного спая 0 ° C. Компенсация эталонного спая должна быть использована, если он находится при любой другой температуре. Требования к заземлению . Промыш ленность выпускает термопары и с изолированными, и с заземлёнными наконечниками для измерительного спая (см. рис. 4). Обработка сигнала термопары должны быть спроектиро вана так, чтобыизбежать петель зазем ления при измерении заземлённой термопарой, а также иметь контур для входных токов усилителя, когда изме рение производится изолированной ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2011 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 –200 Температура, ° С Коэффициент термоэдс, мкВ/ ° С К тип J тип T тип 70 Рис.3. Изменение чувствительности термопары с температурой Изолированный Заземленный Открытый Рис. 4. Типы измерительного спая термопары Неизвестная температура Термопара Констант Железо Эталонный спай Ванна со льдом Медный провод + – + – Рис. 2. Первичная цепь железно константановой термопары Таблица 1. Изменение напряжения в зависимости от температуры (коэффициент термоЭДС) для различных типов термопар при 25°C Тип термопары Коэффициент термоЭДС, мкВ/ ° C E 61 J 52 K 41 N 27 R 9 S 6 T 41 © СТА-ПРЕСС