Zaloguj się
Wszystkie
17 października 2022
1159
- konwersja rezystancji czujnika PT1000 na napięcie stałe, możliwe do pomiaru przetwornikiem analogowo-cyfrowym,
- możliwość łatwej zmiany zakresu przetwarzania,
- wbudowany potencjometr ułatwiający kalibrację układu,
- pobór prądu około 10 mA przy 12 V,
- zasilanie napięciem 9…24 V.
Czujniki analogowe, pomimo niskiej ceny i wszechstronności, często sprawiają problemy. Najpoważniejszym z nich jest obsługa wielkości wyjściowej, którą w przypadku czujników PT1000 jest rezystancja. Pomiar tej wielkości fizycznej nie nastręcza dużych problemów, lecz jeżeli chce się uzyskać wysoką dokładność w stosunkowo niewielkim zakresie zmian, zagadnienie staje się mocno problematyczne.
Typowy czujnik PT1000 zmienia swoją rezystancję w stosunkowo niewielkim zakresie, odnosząc to do zmienności temperatury. Dla temperatury –50°C jest to 803 Ω, zaś dla 300°C tylko 2120 Ω. Włączając czujnik do układu jako jedną z gałęzi dzielnika napięcia, uzyskamy nieliniową zmianę napięcia w niezbyt szerokim zakresie. Zaprezentowany układ pomoże w rozwiązaniu tego problemu.
Budowa i działanie
Głównym elementem jest wzmacniacz operacyjny US3 (typu OP07), który cechuje się bardzo niskim wejściowym napięciem niezrównoważenia. To duża zaleta, bowiem offset napięciowy mógłby zaburzyć proces przetwarzania rezystancji na napięcie. Czujnik temperatury typu PT1000 należy podłączyć do zacisków złącza J2. Rezystor R2 polaryzuje go, tworząc prosty układ dzielnika napięciowego. Ale to nie wszystko, gdyż rezystor R3 z połączonymi równolegle rezystorem R4 i potencjometrem P1 tworzą dzielnik tego samego napięcia, którego wartość wynosi około 5 V. Wzmacniacz operacyjny przetwarza różnicę tych napięć, zatem obwód R3+R4+P1 (a dokładniej rezystancja wypadkowa równoległego połączenia R4 i P1) służy do eliminacji tej części rezystancji czujnika PT1000, która występuje zawsze i nie jest dla nas interesująca z punktu widzenia naszych pomiarów. Można to przyrównać do usunięcia offsetu rezystancyjnego samego czujnika, aby móc napięcie 0 V ustalić jako odpowiadające temperaturze, na przykład –10°C.
Gdyby zostawić ten układ bez dodatkowych modyfikacji, olbrzymie wzmocnienie różnicowe wzmacniacza operacyjnego powodowałoby jego nagłą reakcję na napięcie różnicowe zbliżone do 0 V i szybkie nasycenie wyjścia potencjałem skrajnie dodatnim lub ujemnym. Dlatego do układu dodano rezystor R5, którego zadaniem jest ograniczenie wzmocnienia i ustalenie jego wartości na znanym poziomie. Można tę część układu traktować jako wzmacniacz odwracający, którego rezystorem w pętli sprzężenia zwrotnego jest R5, zaś rezystancją wejściową jest wypadkowa rezystancja zastępcza od strony wejścia odwracającego. Z punktu widzenia twierdzenia Thévenina wartość ta będzie równa rezystancji równoległego połączenia R3, R4 i P1.
Zmiany temperatury zachodzą relatywnie wolno, więc szerokie pasmo przenoszenia układu jest niepotrzebne i może sprawiać jedynie problemy. Kondensator C10 ogranicza od góry pasmo przenoszenia do wartości około 160 Hz. Odpowiedź impulsowa tego układu będzie więc wystarczająco szybka, jak na potrzeby obsługi czujnika temperatury, a spora część szumów i zakłóceń zostanie wyeliminowana już w torze analogowym. Dodatkowa filtracja cyfrowa, polegająca chociażby na uśrednieniu wartości wielu próbek pobranych z przetwornika analogowo-cyfrowego, będzie dodatkowym zabiegiem poprawiającym dokładność pomiaru.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
