СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-1

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2011 термопарой. Кроме того, если наконеч ник термопары заземлён, входной ди апазон усилителя должен выдерживать любые разности в потенциалах зазем ления между наконечником термопа ры и землёй системы измерения (см. рис. 5). Система обработки с двойным пита нием для неизолированных систем бу дет, как правило, более устойчивой для заземлённого наконечника и незащи щённых типов наконечников. Из за своегоширокого диапазона синфазно го входного напряжения, усилитель с двойным питанием может обрабаты вать большое дифференциальное на пряжениемежду заземлениемпечатной платы и землёй наконечника термопа ры. Системыс однимисточникомпита ния могут работать удовлетворительно во всех трёх вариантах наконечников, еслидиапазон синфазного сигнала уси лителя имеет некоторую возможность измерять потенциалниже заземления в конфигурациис однимисточникомпи тания. Для преодоления ограничения по синфазному сигналу, в системах с одним источником питания полезно сдвигать термопару к середине напря жения питания. Это хорошо работает для изолированныхнаконечников тер мопар либо если вся система измере ния является изолированной. Однако это не рекомендуется для неизолиро ванных систем, которые предназначе ныдля измерения заземлённыхилине защищённых термопар. Практические схемы с термопара ми. Обработка сигнала термопары яв ляется более сложной, чем обработка в других системах измерения. Время, необходимое для разработки и отлад ки обработки сигнала, может увели чить время выхода изделия на рынок. Ошибки в обработке сигнала, особен но в части компенсации измеритель ного спая, могут привести к более низ кой точности. Две описанные ниже схемы посвящены этим проблемам. Первая описывает простое аналого вое интегрированное аппаратное ре шение, сочетающее прямое измерение термопары с компенсацией эталонно го спая при помощи единственнойИС. Второе решение подробно рассматри вает схему компенсации эталонного спая на основе программного обеспе чения, обеспечивающуюповышенную точность для измерения термопары и гибкость в использовании термопар многих типов. Р ЕШЕНИЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 1: ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ДЛЯ ПРОСТОТЫ Рисунок 6показывает схему дляизме рения термопарытипаК. Она основана на применении усилителя термопары AD8495, который специально разрабо тандля термопартипаК. Этоаналоговое решение оптимизировано для мини мальноговремениразработки: Оноиме етпростойтракт для сигналаине требу ет написания кода программы. Как этот простой сигнальный тракт удовлетворяет требованиям обработ ки сигнала для термопар К типа? Усиление и выходной масштабный коэффициент . Малый сигнал термо пары усиливается AD8495 в 122 раза, обеспечивая выходную чувствитель ность 5 мВ/ ° C (200 ° C/В). Подавление помех . Высокочастотные синфазные и дифференциальные по мехи удаляются внешним радиочас тотным фильтром. Низкочастотные синфазные помехи подавляет измери тельный усилитель AD8495. Любой оставшийся шум удаляется внешним фильтромприпоследующейобработке. Компенсация эталонного спая . Уси литель AD8495, который содержит тем пературный датчик для компенсации изменений окружающей температуры, должен быть установлен вблизи эта лонного спая, чтобы работать при той же температуре для точной компенса ции эталонного спая. Коррекция нелинейност . Усилитель AD8495 откалиброван для получения выхода 5мВ/ ° C на линейном участке графика термопары К типа, с погреш ностью линейности менее чем 2 ° C в диапазоне температур –25…400 ° C. Если необходим более широкий тем пературный диапазон, указание по применению AN 1087 от компании Analog Devices описывает, как может быть использована просмотровая таб лица или уравнение в микропроцес соре для расширения диапазона тем ператур. Эксплуатация изолированных, за землённых и незащищённых термо пар . Рисунок 5 показывает подсо единённый к земле резистор 1 МОм, который учитывает все типы наконеч ников термопар. Усилитель AD8495 был специально разработан, чтобы обеспечить измерение на уровне не скольких сотен милливольт ниже по тенциала земли при использовании одного источника питания, как пока зано на схеме. Если ожидается боль шая разность в потенциалах заземле ния, усилитель AD8495 также может быть использован с двойным источ ником питания. Более подробно о AD8495 . Рисунок 7 показывает структурную схему усили теля термопарыAD8495. Усилители А1, А2 и А3 и показанные резисторы образуют измерительный усилитель, Измерительный спай Соединение заземления Синфазный сигнал f C = 16 кГц Дифференциальный f C = 1,3 кГц f C = 1,6 кГц Фильтр для 50/60 Гц 5 мВ/ ° С 5 В Радиочастотный фильтр Дорожки печатной платы Усилитель термопары AD8495 REF + – Включает компенсацию эталонного спая Эталонный спай 1 МОм 10 кОм 1 нФ 1 нФ 10 нФ 1 мкФ 10 кОм 100 кОм Термопара Рис. 6. Решение для измерения 1 При использовании изолированных наконечников термопары При использовании открытых или заземлённых наконечников термопары + – + – + – Электрическое соединение происходит на наконечнике. Напряжение должно оставаться в пределах синфазного входного диапазона усилителя Когда тип наконечника термопары неизвестен 1 МОм Рис. 5. Варианты заземления при использовании различных типов наконечников © СТА-ПРЕСС