Температурный датчик на основе термопары образуется сварным соединением (спаем) двух различных металлов. Томас Зеебек в 1821 году обнаружил термоэлектрический эффект, названный в его честь эффектом Зеебека (Эффект Зеебека обратим: пропустив ток по цени из разнородных материалов другой ученый по фамилии Пултье заметил, что один из спаев нагревается, а другой охлаждается (эффект Пельте). На этом принципе работают охладители для компьютеров, автомобильные холодильники и т.д) , когда в месте между «горячим» и «холодным» спаем металлов с разными температурами возникает термо-ЭДС с небольшой разностью потенциалов (порядка нескольких мВ), которую можно измерить милливольтметром. Величина возбуждаемого напряжения зависит от того, какие металлы соединены. Для образования термопар существует три наиболее распространенных комбинации металлов: железо-константан (тип J), медь-константан (тип Т) и хром-алюминий (тип К). Напряжение, образуемое термопарой, имеет очень малую величину, обычно несколько милливольт. Напряжение термопары типа К изменяется всего на 40 мкВ на градус Цельсия. Такие малые изменения напряжений термопары требуют прецизионных измерений: для обеспечения точности измерения температуры 0.1 °С требуется точность измерения напряжения порядка 4 мкВ. С другой стороны, поскольку любые два разных металла образуют термопару при соединении, то точка соединения термопары с измерительной системой также будет иметь свойства термопары в месте их соединения из-за разницы температур, измеряемой термопары и температуры окружающей среды. Место соединения (колодка) начинает нагреваться и образует паразитную термопару из материала колодки и медных проводников, подсоединенных к ней. Под медными проводниками подразумеваются не только медные провода, но и медные дорожки печатной платы.
Данный эффект может быть сведен к минимуму размещением соединений в так называемом изотермическом блоке, выполненном из теплопроводного материала (Рисунок 1). Материал с высокой теплопроводностью снижает разность температур между точками соединения, уменьшая тем самым ошибку, вводимую местом соединения проводников. Распространенный способ компенсации температурной зависимости изотермического блока - это размещение в блоке полупроводникового диода и измерение на нем падения напряжения.
Для усиления крайне малого сигнала термопары в десятые доли вольт необходим операционный усилитель, и обычно используется инструментальный усилитель в дифференциальном включении. Коэффициент усиления такого типа ОУ находится в диапазоне 100 .300, и любой шум, воздействующий на термопару, будет усилен во столько же раз. Такое включение инструментальных усилителей значительно снижают синфазные помехи проводов термопары и усиливает только сигналы термопары. Правда, полностью снизить в реальных условиях синфазные помехи не удается и синфазная помеха «просачивается» на выход усилителя, который ослабляет помеху с определенным коэффициентом ослабления синфазных помех (КОСС). КОСС определяют в дБ. Инструментальные усилители по отношению к другим типам ОУ имеют повышенный КОСС.
Фирма Analog Devices выпускает специализированные усилители сигнала термопары типа J, такие как AD594/595. ИС AD594/595 не использует внешний /?-л-переход для компенсации изотермического соединения, вместо этого, в самой микросхеме предусмотрено биметаллическое соединение, компенсирующее температурную зависимость соединения термопары с усилителем. ИС проводит измерения в температурном диапазоне 0 .300°С. Для наилучшей компенсации соединение проводов термопары с входом усилителя должно быть выполнено на плате как можно ближе к выводам микросхемы.
Проектирование генератора гармонических колебаний
Генераторы гармонических колебаний представляют собой электронные
устройства, формирующие на своем выходе периодические гармонические колебания
при отсутств ...
Определение структуры системы обнаружения объекта охраны
В
настоящее время все больше людей приходит к выводу, что усилий только
государственных правоохранительных органов для решения такой проблемы, как
охрана ...
Расчет токовой защиты нулевой последовательности
Задание
и исходные данные
Произвести
расчет дистанционной защиты линии и начертить карту селективности дистанционных
защит.
Исходные
данные:
...