ЖУРНАЛ СТА 1/2021

нием справочной таблицы, необходимым для определения искомой температуры T x . Компонент S × ( T c – T ice ) представ- ляет собой напряжение, полученное, если бы температуру со- единителя T c измеряли с помощью термопары того же типа, что и для измерения T x . Напомним, что V 2 было масштабиро- вано электронным способом, так что V 2 равно этому напряжению: V 2 = S × ( T c – T ice ). На рис. 6, если коэффици- ент усиления G = 1, то V out = ( V 1 + V 2 ) × G = S × ( T x – T ice ). (12) Выходное напряжение V out в формуле (12) может быть введе- но непосредственно в справочную таблицу термопар соответ- ствующего типа для определения измеренной температуры. Л ИНЕАРИЗАЦИЯ Для точных измерений при помощи термопары необходи- мы модули формирования сигнала с линейно масштабируе- мыми выходами. Выходные напряжения модуля, которые имеют линейные масштабные коэффициенты в вольтах или амперах на °C, устраняют необходимость в применении спра- вочных таблиц или в дополнительной обработке. Такие моду- ли преобразования сигналов термопары, включая изоляцию и CJC, доступны в номенклатуре изделий Dataforth. На рис. 4 и 5 показаны зависимости между напряжением и температурой для наиболее распространённых термопар. Эти кривые представлены здесь для визуальной оценки стандарт- ных рабочих диапазонов термопар, величин выходных на- пряжений, нелинейности и чувствительности (мВ/°C). Хотя диапазоны рабочих температур, в которых могут использо- ваться термопары, довольно велики, их чувствительность ма- ла и находится в диапазоне мкВ/°C. Кроме того, из рис. 4 вид- но, что при отрицательных температурах отклик термопары очень нелинейный, однако эти кривые выглядят почти ли- нейными для определённых диапазонов положительных тем- ператур. Тем не менее факт остаётся фактом: термопары яв- ляются нелинейными. В качестве примера нелинейности приведём рис. 7. Он ил- люстрирует нелинейность термопары, показывая разницу между идеальным линейным откликом и откликом термопа- ры типа J в диапазоне 0…+150°C. Чувствительность термопары типа J составляет примерно 54 мкВ/°C. Из рис. 7 видно, что игнорирование нелинейно- сти в отклике для термопар типа J может привести почти к двум градусам погрешности. Итак, для обеспечения точных измерений температуры с помощью термопар становится очевидной необходимость ли- неаризации. Компания Dataforth разработала и запатентова- ла схемы, которые обеспечивают точную линеаризацию для модулей преобразования сигналов. Хотя современные ПК или другие встраиваемые микропроцессоры могут линеари- зовать сигнал термопары с помощью программных методов, аппаратная линеаризация обеспечивает более быстрые ре- зультаты и не потребляет ценные компьютерные ресурсы. Для достижения линейности коэффициент усиления G на рис. 6 и в формуле (12) внутренне запрограммирован для выборочного масштабирования функции напряжения S × ( T x – T ice ) таким образом, чтобы она стала линейной. Многие датчики, используемые в промышленности, де- монстрируют отклонение от идеальной (линейной) связи между входом и выходом. Датчики или сигналы, имеющие та- кое поведение, называются нелинейными. Гипотетическая нелинейная передаточная функция показана на рис. 8. Неко- В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА СТА 1/2021 76 www.cta.ru Рис. 8. Компенсация нелинейности датчика Рис. 7. Разница выходного напряжения между линейным датчиком и термопарой типа J М НОГОГРАННЫЙ К ИРХГОФ Есть мнение, что знаменитую газовую горелку, описанную впер- вые химиком Робертом Вильгельмом Бунзеном, изобрёл не он, а его друг и коллега по работе немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф, от- крывший и сформулировавший в 1847 году закономерности соотно- шения между токами и напряжениями в электрических цепях, из- вестные ныне как правила Кирхгофа. Кирхгоф совместно с Бунзеном совершил и другое важнейшее открытие – изобрёл принцип спек- трального анализа, благодаря которому было открыто множество ред- ких химических элементов. Кстати, Кирхгоф родился в 1824 году в немецком городе Кёнигсберге (ныне это российский Калининград) и учился в Кёнигсбергском университете на физико-математическом факультете. ■ Э ФФЕКТ П ЕЛЬТЬЕ Существует эффект, обратный эффекту Зеебека. Он называется эф- фектом Пельтье и состоит в переносе энергии от одного проводника к другому при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Это явление было открыто французским физиком Жаном Шарлем Пельтье в 1834 году. Родив- шийся в 1785 году Пельтье по настоянию отца чуть не стал часовщи- ком, но всё же посвятил себя изучению электричества, магнетизма и метеорологии. Ныне элементы Пельтье производятся на основе по- лупроводников, в частности, теллурида висмута (Bi 2 Te 3 ). Несмотря на относительно низкий КПД, они широко используются в качестве генераторов холода для термостатирования электронных узлов в ра- диоэлектронике и в портативных холодильных установках. ■ Температура, °C Разность потенциалов, мкВ 10 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 Выход Нижняя граница Верхняя граница Вход Выход датчика Нелинейность Идеальная линеаризация Вход В ход датчика Идеальная линеаризация Нелинейность Нижняя граница Верхняя граница